New foundations and unification of basic plasma physics by means of classical mechanics
从等离子体的$N$体描述中推导德拜屏蔽和朗道阻尼，需要在经典教科书中进行许多页繁重的动力学计算，而且是在不同的、不相关的章节中完成的。使用牛顿第二定律的$N$体系统，我们执行这个推导在几个步骤中使用标准的微积分工具的初等计算，没有概率设置。出乎意料的是，德拜屏蔽遇到的道路上的朗道阻尼。该理论的扩展，以适应捕获或由于朗缪尔波混沌的正确描述，并避免静电势的小振幅假设。使用屏蔽势，碰撞输运计算的第一次由一个收敛的表达式，包括正确的计算偏转的所有碰撞参量。屏蔽和碰撞输运被认为是电子排斥偏转的两个相关方面。
2013-10-11 physics.class-ph physics.plasm-ph
[Plasma 2020 Decadal] The Material Properties of Weakly Collisional, High-Beta Plasmas
这份为2020年十年期等离子体调查提交的白皮书涉及弱碰撞、高β等离子体的物理学--在这些等离子体中，热压力占主导地位，磁压力占主导地位，粒子间碰撞时间与体运动的特征时间尺度相当。这种物质状态虽然在宇宙中广泛存在，但人们对它的了解仍然很少：我们缺乏一个预测性的理论来解释它如何对扰动做出反应，如何传输动量和能量，以及如何产生和放大磁场。这些课题是等离子体科学研究的基础，并且对于那些将等离子体物理视为基本物理学科的人具有内在的兴趣。但这些主题也是外在的兴趣：解决它们直接告知我们对各种空间和天体物理系统的理解，包括超大质量黑洞周围的吸积流，星系团中星系之间的团内介质（ICM），以及近地太阳风区域。推进这一领域的研究的具体建议进行了讨论。
2019-03-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nucleus-acoustic solitary waves and double layers in a magnetized degenerate quantum plasma
用约化微扰方法研究了四分量磁化简并量子等离子体系统（包含非简并惯性轻核、非相对论和超相对论简并电子和正电子以及不动重核）中的核声（NA）孤波（SW）和双层（DL）性质.导出了Korteweg-de Vries（K-dV）、修正K-dV（MK-dV）和Gardner方程，以研究NA SW和DL的基本特征（即幅度、速度和宽度）。结果表明，超相对论简并电子和正电子、稳定重核、外加磁场（不均匀性）等的影响显著地改变了NASW和DLs的基本特征.指出了与白矮星和中子星等天体物理致密天体相关的NASW和DLs的基本特征和物理基础。
2017-07-18 physics.plasm-ph
Basic microscopic plasma physics unified and simplified by N-body classical mechanics
在典型的等离子体物理教科书中，对朗缪尔波的德拜屏蔽、碰撞输运、朗缪尔波的朗道阻尼以及朗缪尔波的自发发射等问题在不同的章节中进行了介绍。本文提供了一个紧凑的统一介绍这些现象，而不呼吁流体或动力学模型，但通过使用牛顿第二定律的$N$电子在一个周期性的框与中和离子背景。导出了静电势的严格方程。它的线性化和第一次平滑揭示了这个潜在的屏蔽库仑势的各个粒子的总和。平滑这个总和产生经典的伏拉索夫表达式，包括初始条件朗缪尔波的增长或阻尼的朗道轮廓计算。该理论的扩展，以适应捕获或混乱由于朗缪尔波的正确描述。在线性区，这种波的振幅被发现由朗道增长或阻尼和自发发射。使用屏蔽势，碰撞扩散系数的计算第一次通过一个收敛的表达式，包括正确的计算所有碰撞参量的偏转。屏蔽和碰撞输运被认为是电子排斥偏转的两个相关方面。
2012-11-22 physics.plasm-ph
A Flux-Balanced Fluid Model for Collisional Plasma Edge Turbulence: Model Derivation and Basic Physical Features
本文提出了一种新的研究磁约束等离子体中漂移波的简化流体模型--带状流动力学。我们的模型可以被看作是经典的长谷川若谷（HW）模型的扩展，是基于一个改进的治疗的电子动力学平行于磁力线，以保证平衡的电子通量的磁性表面。我们的通量平衡HW（bHW）模型包含相同的漂移波不稳定性，以前的HW模型，但与这些模型不同，它完全收敛到修改后的长谷川-三马模型中的碰撞限制。我们依靠直接数值模拟来说明bHW模型的一些关键特征，例如湍流波动的增强可变性，以及比其他HW模型中观察到的喷流更强、更湍流的带状喷流的存在，特别是对于高等离子体电阻率。我们的模拟还强调了三阶统计矩的反馈在实现强带状结构的统计平衡中的关键作用。最后，我们调查观察到的动态变化时，更一般的耗散效应，特别是当我们包括减少的离子朗道阻尼模型最初提出的若谷和长谷川。
2018-10-01 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Super Guassian Distribution of Laser Produced Plasmas
逆韧致辐射，这推动了对超高斯分布之间的竞争，并通过自碰撞热化被认为是。在总结中，提供了基本公式，并绘制了Fokker-Planck模拟的一些数值结果。
2012-11-26 physics.plasm-ph
Measurement of net electric charge and dipole moment of dust aggregates in a complex plasma
了解尘埃粒子在复杂等离子体中的凝聚需要了解尘埃粒子的基本性质，如净静电荷和偶极矩。在这项研究中，粉尘聚集体形成的单分散球形三聚氰胺甲醛单体在射频（rf）氩放电等离子体镀金。所观察到的尘埃聚集体的行为进行了分析，通过研究粒子的轨迹，并通过采用计算机模型检查聚集体的三维结构和它们的相互作用和旋转所引起的扭矩从他们的偶极矩。这些允许灰尘聚集体的基本特性，如静电荷和偶极矩，被确定。结果表明，实验结果支持预测值从计算机模型在这些环境中的聚集体。
2014-06-12 physics.plasm-ph
Laser propagation in a highly magnetized over-dense plasma
从基本方程出发，研究了右旋圆偏振激光在高磁化过密碰撞等离子体中的传输。密度为10^23 cm^-3的高度磁化等离子体在一纳秒内被中等辐照度约为10^14 Wcm^-2的Nd：YAG激光从100 eV有效地加热到1 keV，加热深度约为20 μ m。
2020-10-11 physics.plasm-ph
A Review of Laser-Plasma Ion Acceleration
综述了激光等离子体加速离子的研究进展。总结了实验状态的艺术和最近的进展进行了讨论。简要回顾了基本的加速过程，展望了混合机制和新概念。最后，我们把重点放在工程目标的增强加速和全光学方法的光束后加速和控制的发展。
2017-12-18 physics.acc-ph physics.app-ph physics.med-ph
Planar and nonplanar nucleus-acoustic solitary waves in thermally degenerate multi-nucleus plasma systems
考虑了一种新的热简并等离子体模型（基于一个包含相对论性和热简并的无惯性电子物种、非相对论性和热简并的惯性轻核物种和静止重核物种的系统）。本文研究了在这种热简并等离子体系统中由压力驱动的核声波传播所产生的平面和非平面孤立子结构的基本特征。采用了对小振幅孤立波有效的约化摄动方法。研究发现，非平面圆柱形和球形几何形状、非相对论和超相对论简并电子、电子和轻核的热压力和简并压力以及轻核和重核的数密度等因素的影响，显著地改变了热简并压力驱动核声波的孤势结构的基本特征（速度、振幅和宽度）.所考虑的简并等离子体模型具有普遍性和现实性，不仅适用于热白矮星等天体物理致密天体，而且适用于除电子和离子等离子体物质外还含有带正电荷的重粒子的中间层等空间等离子体系统。
2020-09-07 physics.plasm-ph
Investigating radiatively driven, magnetised plasmas with a university scale pulsed-power generator
本研究搭建新型实验平台，利用MAGPIE脉冲功率发生器的丝阵Z箍缩X射线辐照硅靶产生准一维烧蚀等离子体流，结合其产生的约5T磁场，可低成本研究磁化ICF、实验室天体物理等领域的基础等离子体过程。
2022-03-22 physics.plasm-ph
Oblique propagation of electrostatic waves in a magnetized EPI plasma
从理论上研究了电子-正电子-离子（EPI）等离子体中重离子声波（HIA）在外加磁场作用下非线性传播的基本特征。EPI等离子体由冷磁化的带正电的重离子流体和超热分布的电子和正电子组成。在非线性区域，Korteweg-de Vries（K-dV）和修改的K-dV（MK-dV）方程描述的HIA波的传播。后者在弱振幅极限下允许有正负势的孤立波解（K-dV方程）和只有正势的孤立波解（mK-dV方程）。观察到外磁场、超热电子和正电子、不同等离子体组分浓度、重离子动力学和温度比的影响显著地改变了孤立波的基本特征。结果在磁化EPI等离子体中的应用，这发生在许多天体物理对象中（例如，星系团爆炸和活动星系核）进行了简要讨论。
2017-11-19 physics.plasm-ph
Basic microscopic plasma physics from N-body mechanics
计算不是理解。七十年后，对朗道阻尼的解释仍然存在多种不一致，这就是例证。长期以来被认为是不可能的，这种阻尼的机械N体描述，不仅使其严格和简单的计算，但明确和直观的解释几乎共振通过粒子的同步。这种同步性从机械上证明了为什么一个单一的公式适用于朗道增长和阻尼。对于静电势，许多光束模式的相位混合产生朗道阻尼，但出乎意料的是，它也是朗道生长的必要条件。此外，碰撞在无碰撞等离子体中起着至关重要的作用。特别是，德拜屏蔽的结果，从一个合作的动态自组织过程中，“碰撞”偏转由于一个给定的电子减少了它周围的电荷的表观数量。由于碰撞的指数率的有限值是至关重要的等效的van Kampen相混合发生在N体系统。N体方法自然地结合了自发发射，其与朗道阻尼的复合效应驱动朗缪尔波的热化。O'Neil阻尼与捕获典型的初始足够大的朗缪尔波的结果从一个相变。至于碰撞输运，有一个光滑的连接之间的碰撞参量的两体卢瑟福图片是正确的，和那些集体的描述是强制性的。N体方法揭示了伏拉索夫极限的两个重要特征：它是奇异的，它对应于实际N体动力学的重整化描述。
2018-10-12 physics.plasm-ph
Nucleus-acoustic solitons in self-gravitating magnetized quantum plasmas
研究了在外加磁场作用下，由非简并轻（重）核和非/超相对论简并电子组成的超致密自引力磁化量子等离子体（SDSGMQP）系统中核声孤波的基本性质.用约化摄动法导出了KdV方程。NA SW形成有负（正）静电（自引力）势。还观察到，非/超相对论简并电子压力的影响，以及外部磁场的非线性显著改变了NA SW的基本性质（例如，幅度，宽度和速度）。我们目前的分析结果可以很有帮助地解释在天体物理致密天体，特别是中子星，这是简要讨论的NASW的形成背后的物理。
2017-10-07 physics.plasm-ph
Modulational instability of quantum electron-acoustic waves and associated envelope solitons in a degenerate quantum plasma
从理论上研究了简并量子等离子体（包含非相对论简并电子、超热电子或$κ$分布电子以及定态离子）中线性和非线性量子电声波的基本特征.采用摄动法导出了非线性薛定谔方程。得到了NLS方程的定态孤子解，并对定态孤子解进行了解析和数值分析，以确定QEA包络孤子的基本特征。已经发现，冷电子的简并性和交换/玻姆势的影响，以及热电子的超热性显着修改的线性和非线性QEA波的基本性质。观察到对于$k<k_c$，QEA波是调制不稳定的，其中$k_c$是QEA波数的最大（临界）值$k$，低于该值QEA波是调制不稳定的），对于$k<k_c$，NLS方程的解产生了亮包络孤子，发现它们在空间（$ξ$）和时间（$τ$）轴上都是局域的.随着谱指数$κ$的增大，QEA包络亮孤子的波数临界值减小（增大）。这些结果对理解强激光辐照金属产生的固体密度等离子体中的局域静电扰动、半导体器件、微电子学等都有重要意义。
2017-01-30 physics.plasm-ph
Atomic Precision Processing of New Materials for Frontier Microelectronic Applications in High Performance Computing and Artificial Intelligence
本文是普林斯顿等离子体物理实验室、IBM T.沃森研究中心和应用材料公司。向美国能源部科学办公室（DOE-SC）索取信息：微电子基础研究计划（https：//www.federalregister.gov/documents/2019/07/12/2019-14869/request-for-information-basic-research-initiative-for-microelectronics）。具体而言，我们建议能源部-SC在其未来微电子招标的考虑中包括以下主题：1）发展实时监测和原位诊断技术，该技术可以提供关于等离子体、衬底表面、以及在复杂材料的原子精密加工过程中两者之间的相互作用，这些材料用于最先进的微电子器件，并应用于高性能计算和人工智能。智能，以及2）实验验证的建模工具的开发，以预测包括等离子体，化学和材料过程的处理动态。
2020-09-07 physics.app-ph physics.plasm-ph
Nonlinear wave-wave interactions in quantum plasmas
等离子体中的波-波相互作用是16世纪以来的重要研究课题。在现代等离子体物理中，由高频朗缪尔波和低频离子声波耦合而形成的朗缪尔孤子是湍流背景下最有趣的现象之一。此外，量子等离子体，这是无处不在的超小型电子设备，微机械系统以及在密集的天体物理环境中是当前的研究课题。基于对量子等离子体的研究兴趣，本文从理论上研究了一维量子Zakharov方程（QZEs）所描述的量子朗缪尔波（QLWs）和量子离子声波（QIAWs）的非线性相互作用.结果表明，当线性模的激发长度尺度大于最不稳定模的激发长度尺度时，系统将发生时空混沌的转变。然而，在量子隧穿效应的存在下，这样的长度尺度将更大（与经典的长度尺度相比）。后者诱导强烈的QIAW辐射，导致模式之间的碰撞和融合的发生在比经典的情况下更早的时间。此外，数值模拟的QZEs显示，许多孤立的模式可以激发和饱和通过调制不稳定性（MI）的不稳定的谐波模式。在较长的时间内，由于强QIAW辐射以及随机运动中的碰撞和融合，这些孤子出现在STC状态。因此，系统中的能量被强烈地重新分配，这可能会开启量子等离子体中朗缪尔湍流的开始。
2010-09-07 physics.plasm-ph
Progress of the FLASHForward X-2 high-beam-quality, high-efficiency plasma-accelerator experiment
FLASHForward是DESY的一个实验设施，致力于束流驱动等离子体加速器的研究。X-2实验旨在证明在紧凑的等离子体阶段中同时保持束流质量和高能量效率的加速。我们报告已完成的调试，第一次实验结果，正在进行的研究课题，以及未来的升级计划。
2021-11-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Weak Alfvénic turbulence in relativistic plasmas. Part 1. Dynamical equations and basic dynamics of interacting resonant triads
阿尔文波碰撞是贯穿日光层和中低能量天体物理系统的非相对论性湍流的主要组成部分。然而，许多天体物理系统，如伽马射线暴、脉冲星和磁星磁层以及活动星系核都具有相对论流或能量密度。为了更好地理解这些高能量系统，我们推导出简化的相对论MHD方程，并利用它们来研究弱Alfvénic湍流，主要由三波相互作用，在简化的相对论磁流体力学，包括力自由，无限磁化极限。我们比较了数值解和解析解，证明了非相对论弱湍流的许多发现保留在相对论系统中。但是，相对论极限的一个重要区别是形式上不可压缩极限的不适用性，即无论磁场的强度如何，都存在与可压缩快模的有限耦合。由于快模可以跨场线传播，这种机制为能量提供了一条逃离强磁化系统的途径，例如，磁星磁层然而，我们发现，快速Alfvén耦合在斜传播的限制减少。
2022-02-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle resonances and trapping of direct laser acceleration in a laser-plasma channel
激光直接加速（DLA）是激光驱动欠密等离子体的主要加速机制之一，它能够在等离子体通道中产生高能量密度的电子束，具有广泛的应用前景。然而，该机制依赖于高度非线性的粒子激光共振，使其建模和控制非常具有挑战性。在这里，我们报告了粒子共振的新物理学，并在此基础上，定义了一条通往更可控DLA的潜在路径。通过在一个全面的模型内独立地处理电子传播角来获得关键的发现。这种方法揭示了完整的粒子共振在广泛的传播角度，物理制度下，傍轴/非傍轴动力学占主导地位，不同的谐波统一的图片，至关重要的是，这些粒子共振的物理可访问性。这些新的见解可以有重要的影响，我们解决粒子捕获的基本问题作为一个例子。我们展示了如何发现陷阱参数空间可以导致更好的加速控制。更多的影响，这种基本类型的加速度的发展进行了讨论。
2021-04-04 physics.plasm-ph
Transition from ion-coupled to electron-only reconnection: Basic physics and implications for plasma turbulence
使用动力学粒子模拟，我们模拟了磁鞘和太阳风的重联条件，即，等离子体β（气压与磁压之比）大于1和低磁剪切（强引导场）。改变模拟畴的大小，我们发现离子的响应变化很大。对于尺度与离子拉莫尔半径相当的重连区域，离子不响应重连动力学，导致具有非常大的准稳态重连率的“仅电子”重连。随着重联畴尺寸的增加，向更传统的“离子耦合”重联的过渡是逐渐的，当磁岛在法线方向上的宽度达到许多离子惯性长度时，离子在排气中被冻结。在此过渡期间，准稳态重联率下降，直到离子完全耦合，最终达到一个渐近值。在这个电子只有离子耦合过渡的排气宽度的离子流出速度的缩放被发现是一致的一个新的重新连接的场线的理论模型。为了具有与重连阿尔文速度相当的离子流的完全冻结的离子排气，需要至少几个离子惯性长度的排气宽度。在湍流系统与磁泡之间发生的重联与波动，使用几何参数，我们估计，完全离子耦合重联需要至少几十个离子惯性长度的磁泡长度尺度。
2019-01-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magetostatic amplifier with tunable maximum by twisted-light plasma interactions
具有拉盖尔-高斯（LG）模的激光束携带轨道角动量（OAM），但与等离子体相互作用时，等离子体获得的净OAM基本为零。在这里，我们发现，当在激光传播方向上存在一个小的静磁种子时，势垒将被打破，从而引起从LG激光到等离子体的剧烈OAM转移。因此，等离子体系统中的净OAM将持续增强静磁场，直到相应的电子拉莫尔频率与真空中的激光频率相当。三维粒子细胞（3D-PIC）模拟来证实我们的理论，产生空间均匀，时间稳定和非常强烈的静磁场。
2017-01-03 physics.plasm-ph
Deciphering the Kinetic Structure of Multi-Ion Plasma Shocks
多离子等离子体中的强碰撞激波在许多高能量密度的环境中都具有重要的特征，包括惯性约束聚变（ICF）内爆。然而，它们的基本结构及其对关键参数的依赖（例如，马赫数和等离子体离子成分）的了解很少，文献中仍然存在这方面的争议。使用高保真符拉索夫-福克-普朗克代码，iFP，和多离子流体动力学模拟和半解析预测的直接比较，我们严格审查稳态平面冲击D-3 He等离子体，并提出了解决这些争议。
2017-07-10 physics.plasm-ph
Laser-driven hole boring and gamma-ray emission in high-density plasmas
激光产生的稠密等离子体中的离子加速由于其潜在的应用而成为近年来许多研究的关键课题。实际上，在即将到来的激光强度（$I \gtrsim 10^{23} \text{W}\,\text{cm}^{-2}$）下，激光脉冲与等离子体的相互作用可以伴随有丰富的伽马射线发射。在这里，我们展示了在相对论性打孔过程中，在高密度等离子体与超强激光脉冲的γ射线发射和离子加速的相互影响。当γ射线发射量较大时，激光脉冲反射率和钻孔速度较低，γ射线辐射方向图较窄。能量守恒和动量守恒允许人们阐明伽马射线发射的效应，这种效应在较高的钻孔速度下更为明显。
2015-02-18 physics.plasm-ph
On the structure of relativistic hydrodynamics for hot plasmas
从带电粒子的微观动力学出发，导出了经典等离子体相对论流体力学的新结构。本文的推导是从浓度的微观定义出发的。显然，浓度演化导致连续性方程，并给出粒子流的定义。在不引入任意函数的情况下，我们考虑了与动量密度不一致的电流的演化。它导致了一组新的功能，据我们所知，还没有考虑在文献中较早。这些函数之一是平均反向相对论（伽马）因子。其电流也被认为是基本功能之一。新函数的演化通过浓度和粒子流出现，因此方程组部分地封闭了自己。其他函数作为基本函数的函数，作为截断函数的一部分。两对选择的函数构造两个四向量。这四个矢量的演化导致出现两个四张量，而不是被认为是能量动量张量。朗缪尔波被认为是在建议的模型。
2021-12-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Thomson scattering from near-solid density plasmas using soft x-ray free electron lasers
我们提出了一个集体汤姆逊散射实验在真空紫外自由电子激光设施在DESY（FLASH），其目的是诊断温暖的致密物质在近固体密度。感兴趣的等离子体区域标志着从理想等离子体到相关和简并多粒子系统的过渡，并且是当前感兴趣的，例如在ICF实验或实验室天体物理学中。对这种等离子体的等离子体诊断是一个长期存在的问题。在泵浦-探测散射实验中，利用高亮度辐射探测等离子体，揭示了集体电子等离子体模式（等离子体）。独特的散射特征允许推断基本的等离子体性质。对于处于热平衡的等离子体，电子密度和温度由等离子体振子模式的散射确定。
2006-11-28 physics.plasm-ph
Dynamical Schwinger effect: Properties of the $e^{+}e^{-}$ plasma created from vacuum in strong laser fields
本文研究了真空中正负电子等离子体在最简单的线偏振、时间相关和空间均匀的电场“激光脉冲”作用下的动力学Schwinger效应。本研究的方法基础是动力学方程，它是所考虑的场模型中QED运动基本方程的精确结果。本文研究了剩余正负电子等离子体的一些特性及其形成的瞬态过程。
2014-12-19 hep-ph physics.plasm-ph
Many-particle quantum hydrodynamics: Basic principles and fundamental applications
从多粒子薛定谔方程出发，详细推导了连续性方程、欧拉方程和能量平衡方程。粒子间的相互作用被明确地认为是库仑相互作用。我们给出了适用于低维系统的QHD方程。给出了柱坐标系和球坐标系下的QHD方程。本文提出了一种从QHD方程导出非线性薛定谔方程的方法。本文描述了一种计算二维和三维量子等离子体交换相互作用的方法。我们讨论了明确的形式和适用范围的状态方程的一维，二维和三维简并电子。本文明确地考虑了外磁场中简并电子气的状态方程。考虑柱坐标系下的QHD方程，我们着重研究了惯性力的量子部分以及量子玻姆势对量子柱面波谱的贡献。研究了球面二维电子气的集体激发。得到了球表面简并二维电子气的物态方程。我们将QHD方程应用于线性区域的小振幅集体激发。我们考虑了包含交换库仑相互作用的一维、二维和三维量子等离子体中的朗缪尔波。考虑到量子等离子体位于外磁场中，我们把注意力集中在垂直于外磁场传播的纵波上。我们提出了1D，2D和3D等离子体的考虑。我们讨论了交换相互作用对外磁场中自旋极化率的依赖关系。我们包括依赖于外部磁场的强度，通过在应用程序的外部磁场的量子态的占领的变化的简并电子的压力。
2014-07-29 physics.plasm-ph
Oblique instability and electron acceleration in relativistic unmagnetized cloud-plasma interaction
采用线性分析和粒子模拟方法研究了相对论非磁化云-等离子体相互作用。本课程由注入静止环境等离子体的电子离子云组成，长期以来一直是实验室和空间等离子体中最受欢迎的主题。倾斜电磁不稳定性占主导地位的不稳定频谱。在与产生的电磁场的相互作用中，云电子与周围的电子完全混合，形成热电子群。云离子的速度，然而，并没有改变显着的初始体速度。当该离子云传播到等离子体中时，它产生一个静电场，该静电场可以将电子加速到电子和离子之间的能量均分。静电场以消耗离子的动能为代价被放大，并且其空间尺度是电子趋肤深度的数量级。因此，在这样的静电场中的电子加速是非磁化等离子体中电子预加速的可能过程。
2018-11-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Codes for plasma-based particle acceleration
本文讨论了粒子模拟程序的基本原理及其在等离子体加速中的主要应用。从头算全电磁相对论PIC程序提供了最可靠的描述等离子体。他们的属性被认为是详细的。作为最基本的模型，完整的PIC代码在计算上是昂贵的。基于等离子体的加速是具有非常不同尺度的多尺度问题。最小的尺度是激光或等离子体波长（从1到100微米），最大的尺度是加速距离（从几厘米到几米甚至几公里）。Lorentz-boost技术允许以使模拟复杂化并导致代码中的非物理数值不稳定性为代价来减小尺度差异。另一种可能性是使用准静态近似，其中不同的尺度被分析地分离。
2015-10-05 physics.plasm-ph
Counting the electrons in a multiphoton ionization by elastic scattering of microwaves
激光诱导等离子体已经发现了许多应用，包括等离子体辅助燃烧，燃烧诊断，激光诱导击穿光谱，光探测和测距技术（LIDAR），微波制导，可重构等离子体天线等。多光子电离（MPI）是高能激光与物质相互作用的基本第一步，是重要的理解等离子体形成的机制。自50多年前MPI被发现以来，人们曾多次尝试通过直接实验来确定这一过程的基本物理常数，即MPI的光电离率和截面，但直到今天还没有可靠的数据，文献中流传的数值往往达到2-3个数量级。这是由于无法对MPI产生的等离子体电子数进行绝对测量，这导致了不确定性，有时，该领域不同研究人员使用的MPI横截面值之间存在矛盾。在这里，我们报告的第一个直接测量的绝对等离子体电子数产生的MPI的空气，随后，我们精确地确定电离率和截面的八光子电离的氧分子由800 nm的光子$σ_8=(3.32{\pm}0.3)*10^{-130} W^{-8}m^{16}s^{-1}$。方法是基于绝对测量的电子数创建MPI使用弹性散射的微波等离子体体积在瑞利政权，并建立了一个通用的方法来直接测量和制表的MPI过程中的各种气体和光子能量的基本常数。
2017-10-10 physics.plasm-ph
Nonlinear Compton scattering of an ultra-intense laser pulse in a plasma
穿过等离子体的激光脉冲可以具有与真空中的光速显著不同的群速度。这改变了真空情况下强激光场中电子的Volkov态，从而改变了电子触发的所有量子电动力学效应。在这里，我们基于第一性原理导出的改进的Volkov解，深入研究了等离子体中强短激光脉冲散射的电子发射光子的基本过程，称为非线性康普顿散射。的非线性，等离子体修饰的激光色散的康普顿光谱发射的光子和高强度的激光等离子体实验的影响的后果指出。
2018-09-18 hep-ph physics.plasm-ph
Dissipation in Relativistic Pair-plasma Reconnection: Revisited
用粒子模拟方法研究了正负电子对等离子体中相对论性磁重联的基本性质。我们首先回顾了Hesse & Zenitani（2007）的一个问题，他们研究了X线上的动力学欧姆定律。通过对应力-能量张量的分解，我们建立了相对论性的欧姆定律。然后，新的长期，称为热流惯性项的作用，检查在PIC模拟数据。我们进一步评估了重联系统中的能量平衡。这些分析展示了物理上透明的方法来诊断相对论动力学数据。
2017-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Employing machine learning for theory validation and identification of experimental conditions in laser-plasma physics
理论的验证通常基于在适当简化的实验数据中吸引清晰可区分和可描述的特征，而使用从头计算模拟来解释实验数据通常需要关于初始条件和参数的完整知识。我们在这里应用机器学习的方法来克服这些自然限制。我们概述了一些基本的普遍的想法，并展示了我们如何使用它们来解决长期存在的理论和实验困难的高强度激光等离子体相互作用的问题。特别是，我们展示了人工神经网络如何“读取”目前用光谱干涉法分析的激光等离子体谐波光谱中的特征。
2018-12-15 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Quasiclassical Theory and Simulations of Strongly Coupled Plasmas
本文综述了在准经典密度-温度区域内具有强库仑相互作用的等离子体的动力学和热力学性质。首先讨论了描述非理想性的基本理论概念。介绍了化学图象。结果表明，自由电荷的非理想等离子体子系统有一个相当大的准经典制度，量子效应只产生修正的仅仅是经典的动力学。自由电荷的等离子体可以用有效势来描述，它以近似的方式包含了量子效应。最简单的有效势仅与空间有关，更先进的方法包括与动量有关的相互作用。在此基础上，推导了分析结果，并提出了模拟方法。它表明，有效的潜力是适当的描述，以及集体性质。
1999-06-07 physics.plasm-ph
Electron Acceleration by a Bichromatic Chirped Laser Pulse in Underdense Plasmas
本文对激光和等离子体加速电子进行了理论研究。一个有效的模型已被使用，其中的欠密等离子体的存在已被考虑通过其折射率$n_{m}$。在这个模型的范围内，基本现象可以通过数值求解经典的相对论运动方程来研究。本文的核心思想是啁啾双色激光场的应用。我们研究了将二次谐波混合到原始$λ= 800 \, \mathrm{nm}$波长脉冲中的优点和缺点。我们对平面波和高斯脉冲进行了计算。
2015-10-13 physics.plasm-ph
Proton Imaging of High-Energy-Density Laboratory Plasmas
质子成像已成为测量高能量密度（HED）实验室等离子体中电磁场的关键诊断。与其他诊断磁场的技术相比，质子成像是一种非微扰测量，可以同时提供高空间和时间分辨率以及区分电场和磁场的能力。因此，质子成像已被用于广泛的HED实验，从惯性约束聚变到实验室天体物理学。概述了质子成像的最新技术，包括详细讨论实验考虑，如质子源和探测器，质子成像分析的理论，并调查实验结果证明的应用范围。质子成像发展的前沿课题也进行了描述，随着对该领域的未来展望。
2022-12-16 physics.plasm-ph
Particle acceleration in relativistic magnetic reconnection with strong inverse-Compton cooling in pair plasmas
粒子模拟（PIC）表明，相对论性无碰撞磁重联驱动非热粒子加速（NTPA），可能解释高能（X射线/ $γ$射线）同步加速器和/或逆康普顿（IC）辐射从各种天体物理源观察到。辐射粒子的辐射反反作用力在大多数模拟中都被忽略了，尽管在许多重联可能很重要的天体物理环境中，辐射冷却大大改变了粒子动力学。我们提出了一个辐射PIC研究检查外部IC冷却的基本动力学，NTPA和相对论重联对等离子体的辐射签名的影响。我们发现，虽然重联率和整体动力学基本不变，IC冷却显着影响NTPA：粒子光谱仍然显示出硬幂律（指数$\geq -2$）在非辐射重联，但过渡到一个陡峭的幂律延伸到冷却依赖的截止。陡峭的幂律指数随时间在大约$-$ 3和$-$ 5之间波动。时间积分的光子谱显示出相应的指数为$\approx -0.5$和$\approx -1.1$的幂律，与吸积黑洞的硬X射线谱中观察到的相似。
2018-11-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Interaction of Biased Electrodes and Plasmas: Sheaths, Double Layers and Fireballs
偏置电极是等离子体源和诊断的常见组件。等离子体-电极相互作用由中间鞘层结构介导，该鞘层结构影响接触电极表面的电子和离子的性质，以及电极如何影响本体等离子体的性质。已经观察到了丰富多样的鞘层结构，包括离子鞘层、电子鞘层、双鞘层、双层、阳极辉光和火球。这些代表了复杂的自组织响应的等离子体，不仅取决于电极的局部影响，但也对等离子体的全局属性和其他边界，它是在接触。这篇综述总结了最近的进展，在理解的条件下，每种类型的鞘的形式，什么基本的稳定性标准和稳态性能的每一个，以及在其中每一个可以影响等离子体边界相互作用和散装等离子体特性。这些结果可能是感兴趣的一些应用领域，其中使用偏置电极，包括诊断，材料的等离子体改性，等离子体源，电推进，以及等离子体与空间物体的相互作用。
2019-11-15 physics.plasm-ph
Perspective: The dusty plasma experiments a learning tool for physics graduate students
等离子体是一种电离的气体，对任何外部（或内部）扰动都有共同的反应。在等离子体中引入微米级的固体尘埃颗粒使其更加有趣。固体颗粒在其表面上获得大的负电荷，并表现出类似于周围等离子体介质的集体行为。带电尘埃颗粒介质（尘埃等离子体）的一些显著特征使我们能够将其作为一个模型系统来理解微观水平上的一些复杂现象。在这篇透视论文中，作者强调了尘埃等离子体实验作为本科生和研究生物理课程学习工具的作用。通过尘埃等离子体实验，学生可以有机会了解一些基本的物理现象，并学习许多先进的数据分析工具和技术。讨论了在物理实验室中如何利用单个尘埃等离子体实验装置来帮助本科生和研究生学习过程。
2021-02-19 physics.ed-ph physics.plasm-ph physics.pop-ph
Plasma 2020 - Intracluster Medium Plasmas
星系团是宇宙等级结构形成的最大、最有质量的束缚天体。重子占质量的10%多一点，大约90%的重子物质分布在整个星系团中，是热的（$T>1$ keV）、高$β$、非常弱的碰撞等离子体，即所谓的“星系团内介质”（ICM）。星系团合并、近距离引力相遇和吸积，以及来自星系的强烈反馈和来自活动星系核的相对论喷流，驱动了ICM内的风、重力波、湍流和冲击。这些动力学反过来又会产生星系团规模的磁场，加速和调节高能带电粒子的传输。动力学尺度的集体等离子体过程定义了这些ICM现象的基本特征和基本特征，这些现象主要由X射线和射电天文学家观察到。
2019-03-20 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
