Electromagnetic Solitons in Degenerate Relativistic Electron-Positron Plasma
利用相对论流体力学方程和麦克斯韦方程组研究了完全简并的正负电子等离子体中类孤子电磁分布的存在性。对于圆极化波，我们发现在相对论和非相对论简并等离子体中都存在孤子解。孤子脉冲局域化区域的等离子体密度显著降低。等离子体空化的可能性也被示出。
2015-04-13 physics.plasm-ph
A study on combined effects of stochastic magnetic fluctuations and synchrotron radiation on the production of runaway electrons
利用相对论Fokker-Planck方程分析了相对论逃逸电子的动力学过程，其中考虑了同步辐射引起的减速和随机磁场涨落引起的径向扩散损失。SMF在[J. Martin-Solis等人，等离子体6，3925（1999）]。然而，我们认为自模场在组态空间中扮演搬运工的角色，而在动量空间中并不直接影响逃逸电子。与仅使用同步辐射的情况相比，用于维持现有RE和用于雪崩开始的临界电场都得到增强，并且通过SMF和同步辐射的组合效应降低了修改的雪崩增长速率[P. Aleynikov等人，物理修订信函114，155001（2015）]。
2017-08-15 physics.plasm-ph
A physics-constrained deep learning surrogate model of the runaway electron avalanche growth rate
本研究针对磁约束聚变等离子体逃逸电子雪崩增长率问题，提出基于PINN的物理约束深度学习代理模型，无需实验/合成数据即可求解伴随相对论Fokker-Planck方程并推断增长率，在宽参数范围内与第一性原理计算结果高度吻合。
2024-03-07 physics.plasm-ph
Angular momenta creation in relativistic electron-positron plasma
研究了相对论性正负电子等离子体中角动量的产生。结果表明，一个链的角动量携带涡是一个强大的渐近状态所维持的广义非线性薛定谔方程的系统特性。结果表明，当角动量应用于早期宇宙的MeV时期时，可能存在一种电磁起源。
2002-10-26 physics.plasm-ph
Effects of ion mobility and positron fraction on solitary waves in weak relativistic electron-positron-ion plasma
研究了弱相对论电子-正电子-离子等离子体中离子迁移率和正电子分数对激光场包络孤立波和静电场势孤立波的影响。解析地得到了孤立波存在的参数区域，阐明了参数的合理选择。移动和固定离子的情况下被认为是。结果表明，前一种情况下的孤立波振幅比后一种情况大。在等离子体密度较小的情况下，近似微扰解析解与精确数值计算结果吻合较好。但随着等离子体密度的增加，这种分析方法越来越失去其有效性。正电子分数对孤波振幅的影响呈单调递增关系。本文还简要讨论了这些结果对粒子加速的应用。
2013-10-16 physics.plasm-ph
Parametric upconversion of lower hybrid wave by runaway electrons in tokamak
研究了大振幅低杂波泵浦光参量衰减为逃逸电子模和上边带模的动力学形式。泵浦和边带对逃逸电子施加有质动力，驱动逃逸模式。与后者相关的密度扰动与由于泵浦而产生的振荡速度一起跳动，以产生边带。逃逸电子的有限平行速度扩展将参数不稳定性转变为受激康普顿散射过程，其中增长率与泵浦幅度的平方成比例。由此产生的大相速度波可以潜在地产生相对论电子。
2017-10-06 physics.plasm-ph
An asymptotic-preserving 2D-2P relativistic Drift-Kinetic-Equation solver for runaway electron simulations in axisymmetric tokamaks
本文提出了一种渐近保持（AP）、一致收敛的相对论性碰撞漂移动力学方程（rDKE）数值格式，用于模拟轴对称环形磁场中的逃逸电子.该方法是来自一个精确的格林函数解与数值近似的量化影响，并导致一个简单的，两步操作分裂算法，由碰撞欧拉步骤，和拉格朗日轨道积分步骤与分析规定的内核。该方法的AP字符的主要数值误差的分析表明，以及通过数值实验。我们证明了该算法的能力，提供准确的答案，无论等离子体碰撞的圆形轴对称托卡马克几何形状。
2021-05-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Quasi-linear analysis of the extraordinary electron wave destabilized by runaway electrons
在分裂后托卡马克等离子体中，逃逸电子具有强各向异性分布，会破坏非常电子波的稳定性。目前的工作调查的准线性演化的EXEL不稳定性的动态范围内的不同的等离子体参数使用模型逃逸分布函数有效的高度相对论逃逸电子束主要由雪崩过程产生的。模拟结果表明，在$100-1000\;\rm μs$时间尺度上，逃逸电子在高能尾部发生快速的俯仰角散射。由于波粒相互作用，逃逸电子布居发射的同步辐射光谱的修改被预见，暴露了一个可能的实验检测方法，这样的相互作用。
2014-10-03 physics.plasm-ph
Self-organized multiscale structures in thermally relativistic electron-positron-ion plasmas
本研究针对热相对论性电子-正电子-离子磁化等离子体的自组织问题，发现其自组织态为三重贝尔特拉米态，揭示了热能、正电子密度对本征值性质及自组织结构的影响，可为多尺度涡旋与发电机机制研究提供支撑。
2024-07-12 physics.plasm-ph
Large amplitude electromagnetic solitons in a fully relativistic magnetized electron-positron-pair plasma
采用完全相对论性的双流体模型，考虑了弱相对论性$(P\ll nmc^2)$和超相对论性$(P\gg nmc^2)$随机热能的物理机制，研究了磁化正负电子等离子体中纯定常大振幅电磁孤波的非线性传播.这里，$P$是热压，$n$是粒子的数密度，$m$是粒子的质量，$c$是真空中的光速。文献[Phys. Plasmas \textbf{11}，3078（2004）]中的先前理论通过电子和正电子两者的相对论热运动而被推进和推广。在弱相对论区域中，亚阿尔夫孤子和超阿尔夫孤子共存，而在超相对论EP等离子体中，亚阿尔夫孤子只存在.在这两个物理区域中，我们还研究了不同的马赫数和孤子振幅的极限。
2020-06-04 physics.plasm-ph
Propagation of ion-acoustic solitary waves in a relativistic electron-positron-ion plasma
在相对论流体力学模型下，利用Sagdeev赝势方法研究了由冷离子和超相对论热电子、正电子组成的完全相对论等离子体中大振幅离子声孤立波（IASW）的传播.通过对赝势结构的分析，研究了等离子体流体流动速度、热能、正电子密度和正电子温度对大振幅IASW的影响。结果表明，在等离子体流体流动速度大于孤立波流动速度的区域，随着等离子体流体流动速度的增加，势阱的深度和宽度增加，孤立波的宽度变窄，振幅变大。当等离子体流体的流动速度小于孤立波的流动速度时，这种现象正好相反。另一方面，随着热能的增加，势阱的深度和宽度减小，孤子的宽度变宽，振幅变小。另外，正电子密度的增加使孤子的最大振幅增大，宽度变窄。结果表明，改变正电子温度对IASW的宽度和振幅没有明显的影响。在完全相对论性的电子-正电子-离子（EPI）等离子体中也预言了定态类孤子任意振幅波的存在。等离子体流体的流动速度、热能、正电子密度和正电子温度对这类孤子的影响与大振幅IASW相同。
2011-02-14 physics.plasm-ph
Adjoint Fokker-Planck equation and runaway electron dynamics
利用伴随Fokker-Planck方程方法研究了高度相对论逃逸电子的逃逸几率函数和期望慢化时间，包括同步辐射引起的能量损失.与蒙特卡罗模拟方法直接对应，逃逸概率函数在逃逸分界线上具有平滑过渡，这可归因于动力学方程中俯仰角散射项的影响。然而，对于相同的数值精度，伴随方法是更有效的比蒙特卡罗方法。期望慢化时间为实验中估算失控电流衰减时间提供了一种新方法。结果表明，当E接近临界电场时，高能电子的衰变速率很慢。这种效应进一步导致先前在逃逸电子群体中发现的滞后。
2016-01-21 physics.plasm-ph
On the quadruple Beltrami fields in thermally relativistic electron-positron-ion plasma
该研究针对热相对论电子-正电子-离子等离子体，分析了其自组织形成的四重Beltrami场的标度参数影响因素与特性，发现高温高离子密度下参数全为实数可形成顺磁结构，标度分离可助力场与流动生成，对多类等离子体研究有参考价值。
2024-07-12 physics.plasm-ph
A fully implicit, scalable, conservative nonlinear relativistic Fokker-Planck 0D-2P solver for runaway electron
在施加足够强的电场时，电子脱离热平衡并接近相对论速度。这些高能逃逸电子（MeV）在托卡马克破坏物理学中起着重要作用，因此，对它们的准确理解对于制定可靠的缓解策略至关重要。为此，我们开发了一个全隐式求解器的0 D-2 P（即，包括两个动量坐标）相对论非线性Fokker-Planck方程（rFP）。在早期的隐式rFP研究（NORSE，CQL 3D）中，电子-离子相互作用使用洛伦兹算子建模，同步加速器阻尼使用亚伯拉罕-洛伦兹-狄拉克反应项。然而，我们的实现通过以下方式改进了这些早期的研究：1）确保电子碰撞的精确守恒性质，2）严格保留正性，3）在算法上和并行上可扩展。我们提出的方法的关键是用于线性化rFP方程的有效多重网格预处理器，用于Braams-Karney势的多重网格椭圆求解器[Braams和Karney，Phys. Rev. Lett. 59，16（1987）]，和一种新的自适应技术，以确定相关的边界值。我们验证了所提出的方案的准确性和效率，数值结果范围从小电场电导率测量到精确再现失控的尾部动力学时，施加强电场。
2019-09-01 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Disperson relation of finite amplitude Alfven wave in a relativistic electron- positron plasma
本文导出了相对论正负电子等离子体中有限振幅平行圆偏振阿尔文波的线性色散关系。在非相对论范围内，色散关系有两个分支，一个是电磁波，低频截止在$\sqrt{1+2ω_p^2/Ω_p^2}$（其中$ω_p=(4πn e^2/m)^{1/2}$是电子/正电子等离子体频率），另一个是阿尔文波，高频截止在正电子回旋频率$Ω_p$。对于给定的频率，只有一个前向传播模式。然而，由于相对论效应，电磁分支没有低频截止，并且出现了临界波数，超过该临界波数，阿尔文波不再存在。该临界波数由$ck_c/Ω_p=a/η$给出，其中$a=ω_p^2/Ω_p^2$和$η$是阿尔文波磁场振幅与背景磁场之间的比值。在这种情况下，对于Alfvén分支中的每个频率，存在具有相等频率的两个附加前向传播模式。通过数值求解流体和麦克斯韦方程组的耦合方程组，研究了有限振幅Alfvén波垂直入射到两个不同密度的正负电子等离子体界面上的问题.
2004-10-22 physics.plasm-ph
High-energy-density electron-positron pair plasma production and its dynamics in the relativistic transparency regime
采用粒子模拟方法研究了两束反向传播的激光脉冲作用下薄金属箔中高能量密度电子-正电子对等离子体的产生及其动力学过程。我们比较了相对论透明和不透明区域中量子电动力学过程中电子-正电子对和γ-光子的产生，发现目标透明度可以由于形成稳定的驻波（SW）而显着增强电子-正电子对的产生。当激光强度达到几个10 e ~（23）W/cm ~ 2时，为了提高电子-正电子对的产生，薄膜的最佳密度为200 - 280 n_c（n_c为激光临界密度）。在这样的箔密度下，激光能量转换成电子-正电子对比在710n_c的箔密度下高大约四倍，而激光能量转换成伽马光子保持几乎相同。因此，产生了最大强度高于10 e20 W/cm 2的高密度电子-正电子等离子体。进一步观察到的调制动力学产生的对等离子体时，目标箔变得透明。结果表明，由两束对向传播的激光直接形成的稳定慢波不仅能将产生的正负电子对捕获到它们的节点上，而且能周期性地调制被捕获粒子的平均能量、相空间和角分布。然而，由于缺乏稳定的SW场，类似的捕获和调制效应在不透明区域变得模糊。
2017-06-22 physics.plasm-ph
Simple reactor model of relativistic runaway electron avalanche development
地球大气中的高能γ辐射与雷暴电场中相对论逃逸电子雪崩（RREA）的韧致辐射有关。在本文中，RREA的发展进行了研究的系统中的两个强电场区域内的雷暴，加速逃逸电子向对方。这样的系统称为简单反应堆。发现γ射线和逃逸电子从一个区域传播到另一个区域导致正反馈。这种被称为反应堆反馈的反馈可以使RREA自我维持，从而有效地倍增包含简单反应堆的雷暴内的高能粒子。简单反应堆γ辐射的光谱和特征时间尺度与地面γ射线闪光（TGFs）数据一致。简单的反应堆模型TGF的适用性进行了讨论，并被认为是TGF和雷暴地面增强过程中的简单反应堆辐射的显着可观察的属性。
2023-01-02 hep-ph physics.ao-ph physics.geo-ph
Numerical calculation of ion runaway distributions
等离子体中被电场加速的离子（所谓的逃逸离子）可以解释太阳耀斑和聚变实验中的观测结果，但是以前的分析工作的局限性阻止了明确的结论。在这项工作中，我们描述了一个数值求解器的二维非相对论线性化的福克-普朗克方程的离子。它解决了初始值问题，在速度空间的频谱欧拉离散计划，允许任意等离子体成分和时变的电场和背景等离子体参数。数值离子分布函数，然后考虑失控的条件，在太阳耀斑和托卡马克等离子体离子加速。典型的时间尺度和离子加速所需的电场被确定为各种等离子体成分，离子种类和温度，并考虑在托卡马克中断的环形Alfvén本征模激发的潜力。
2015-02-24 physics.plasm-ph
Modeling the complete prevention of disruption-generated runaway electron beam formation with a passive 3D coil in SPARC
在托卡马克等离子体突然终止过程中，可能形成相对论性“逃逸”电子（RE）的多兆安培束，这对托卡马克作为聚变能源的发展构成了重大挑战。在这里，我们使用最先进的破坏磁流体动力学模型，结合RE产生和传输的自洽演化，表明非轴对称的容器内线圈将被动地防止RE束形成，在托卡马克，紧凑，高场，高电流设备，能够实现聚变增益Q > 2的氘氚等离子体中的中断。
2021-10-20 physics.plasm-ph
Runaway Electrons in Stellarators: Unlikely or Unavoidable?
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Maryland（马里兰大学）
本研究在逃逸电子模拟工具DREAM中实现仿星器等离子体模型，探究仿星器温度崩塌场景下逃逸电子的产生条件，发现仿星器也可能产生大量逃逸电子，且其逃逸电子问题将少于托卡马克。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Modeling the relativistic runaway electron avalanche and the feedback mechanism with GEANT4
本文介绍了第一项研究，使用的GEOometry和跟踪4（GEANT4）工具包做定量比较与其他模拟结果有关的生产地面伽玛射线闪光（TGFs）和高能量粒子发射雷暴。我们将研究相对论逃逸电子雪崩（RREA）和相对论反馈过程，以及从逃逸电子（RE）产生韧致辐射光子。蒙特卡罗（MC）模拟考虑到电子电离的影响，电子的电子（穆勒）和电子的正电子（巴巴）散射，以及韧致辐射过程和对生产，在$250$ eV $-100$ GeV的能量范围。我们的研究结果表明，在发展过程中的RREAs和反馈的影响下，电子的倍增与以前的估计是一致的。这对于验证GEANT 4作为在均匀电场中对RREA和反馈进行建模的工具非常重要。我们还确定了轫致辐射光子与高能电子$N_γ/N_e$的比值。然后，我们表明，该比率具有依赖于电场，可以表示由雪崩时间$τ(E)$和韧致辐射系数$α(\varepsilon)$。此外，我们提出了比较GEANT 4模拟进行了“标准”和“低能量”的物理列表都验证了在$1$千电子伏$-100$ GeV的能量范围。这一比较表明，GEANT4模拟中使用的物理列表的选择对结果有显着的影响。
2016-05-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effect of plasma elongation on current dynamics during tokamak disruptions
托卡马克装置中的等离子体终止中断可能导致相对论逃逸电子束，对未来具有大等离子体电流的装置具有潜在的严重后果。本文研究了等离子体伸长对电场的逃逸产生和电阻扩散耦合动力学的影响。我们发现，细长的等离子体是不太可能产生大的失控电流，部分原因是由于较低的感应电场与较大的等离子体，部分原因是由于直接整形效应，这主要是导致失控雪崩增益的减少。
2020-01-06 physics.plasm-ph
Bump formation in the runaway electron tail
当平行电场超过临界值时，磁化等离子体中会产生逃逸电子。对于能量通常达到数十MeV的这种电子，与同步辐射反应的Abraham-Lorentz-Dirac（ALD）辐射力是显著的，并且可以是限制电子加速的主导过程。使用相对论有限差分Fokker-Planck代码LUKE [Decker & Peysson，Report EUR-CEA-FC-1736，Euratom-CEA，（2004）]和CODE [Landreman et al，Comp.Phys.Comm.185，847（2014）]研究ALD力对均匀等离子体中逃逸电子动力学的影响。在ALD力的作用下，我们发现当电场足够大时，在电子分布函数的尾部会形成一个凸起。我们还观察到，在凸块逃逸电子的能量增加的电场幅度，而人口增加的体电子温度。凸块的存在将电子分布分为逃逸束和体粒子数。这种机制可能会引起束等离子体类型的不稳定性，这反过来又会从逃逸的电子中抽取能量并改变它们的约束。
2015-03-16 physics.plasm-ph
Runaway electron beam formation, vertical motion, termination and wall loads in EU-DEMO
本文用JOREK预测EU-DEMO中数兆安培逃逸电子束的形成、垂直失控运动、MHD触发终止及壁面沉积，并评估牺牲式限制器保护第一壁的可行性。
2024-07-04 physics.plasm-ph
Relaxation of a Two Electron-Temperature Relativistic Hot Electron-Positron-Ion Plasma
本文研究了相对论热电子-正电子-离子等离子体的弛豫，推导出由四种自组织结构组成的四重贝尔特拉米弛豫态，并揭示了冷种类密度与相对论温度对顺抗磁结构转化的影响，增进了对等离子体能量转换机制的理解。
2025-07-01 physics.plasm-ph
Multi-scale Full-orbit Analysis on Phase-space Behavior of Runaway Electrons in Tokamak Fields with Synchrotron Radiation
本文采用相对论体积保持算法，对托卡马克场中同步辐射逃逸电子的长期全轨道模拟进行了研究。详细的相空间行为的逃逸电子在不同的动力学时标跨越11个订单进行了研究。当观察小的时间尺度时，即，在洛伦兹力的作用下，电子逃逸的轨迹呈现出螺旋形的严重变形。在考虑动量矢量旋转与背景磁场耦合的情况下，对一种无碰撞的俯仰角散射现象--新经典散射进行了定性分析。在1秒以内的大时间尺度上，发现逃逸电子在相空间中的初始条件对俯仰角散射、动量演化和逃逸能量的损失增益比都有明显的全局影响。然而，初始值对同步辐射能量极限的影响很小。研究还发现，托卡马克装置的环向磁场、环向电压、安全因子分布和长半径等参数对同步辐射能量极限和新经典散射强度都有影响。当考虑磁场波动时，最大逃逸能量也低于同步极限。
2016-05-26 physics.plasm-ph
A Runaway Electron Avalanche Surrogate for Partially Ionized Plasmas
本文针对含部分电离杂质的等离子体，开发了一种受物理约束的深度学习替代模型，通过嵌入物理信息的神经网络（PINN）预测逃逸电子雪崩增长率，降低计算成本并提高精度，为托卡马克破裂的ML加速综合描述提供支持。
2025-04-14 physics.plasm-ph
Weibel instability in relativistic asymmetric electron positron plasma
我们考虑了相对论强电磁波与各向同性电子正电子等离子体相互作用的情况，即，我们考虑强度高达1021 W/cm ~ 2的短脉冲激光，其中光子密度为1030 cm ~ 3量级，电场强度E = 10^9 statvolt/cm。这种情况在天体物理和实验室等离子体中是可能的，这些等离子体受到强激光辐射，从而导致非热平衡场辐射。超强激光辐射与各向同性对等离子体的这种相互作用导致低频电磁EM波的产生，特别是准稳态磁场的产生。相对论性圆偏振横电磁波沿z轴传播时，产生有质动力，影响粒子沿其传播方向的运动。另一方面，粒子在传播方向上的运动由有质动力势定义。此外，色散关系的横向电磁波使用一个特殊的分布函数，它具有各向异性的形式，推导出，随后研究了一些特殊情况。在一般情况下，它示出的EM波的增长率强烈地依赖于它的强度。
2018-04-26 physics.plasm-ph
Relativistic Expansion of Electron-Positron-Photon Plasma Droplets and Photon Emission
在相对论流体力学中讨论了热电子-正电子-光子等离子体液滴的膨胀动力学。设想在未来的实验中通过用反向传播的超强激光束照射薄箔来产生这种液滴，它们是伽马辐射闪光的来源。温暖的电子-正电子等离子体液滴可以通过加宽的511 keV线来识别和表征。
2010-08-20 hep-ph physics.plasm-ph
Runaway dynamics in the DT phase of ITER operations in the presence of massive material injection
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
研究大规模注入氘-惰性气体混合物对等离子体失控生成、电场电阻扩散及温度演变的影响，发现除非电流淬灭时间过长，否则会产生显著的失控电流。
2020-07-13 physics.plasm-ph
Runaway electron modelling in the self-consistent core European Transport Simulator, ETS
相对论逃逸电子是托卡马克装置中的一个主要问题。欧洲集成建模框架（EU-IM），通过提供一个标准的通信数据结构，使不同的物理代码的集成相对容易，促进了不同的等离子体模拟工具的集成。在EU-IM中采用了三层模型方法进行逃逸电子模拟。最近，一些失控的电子建模模块已被集成到这个框架。第一级建模（失控指示器）仅限于指示是否可能或可能产生失控电子。第二层（失控流体）采用类似于GO代码的方法，使用分析公式来估计失控电子电流密度的变化。第三个层次是基于电子动力学的解决方案。LUKE是一个这样的代码，它可以通过求解反弹平均的Fokker-Planck方程来处理超环面引起的效应。另一种方法被用于NORSE，它具有完全非线性的碰撞算子，使其能够模拟电子分布的主要变化，例如滑离。这两个代码处理辐射对失控分布的影响。这些失控的电子建模代码是在不同阶段的整合到欧盟-IM基础设施，并进入欧洲运输模拟器（ETS），这是一个完全功能模块化的1.5D核心运输模拟器。采用Runaway Fluid的ETS以实现类似物理特性的GO代码为基准。动力学求解器的相干集成需要在耦合上做更多的努力，特别是关于失控和热种群之间的边界的定义，以及电阻率的一致性计算。其中一些问题进行了讨论。
2020-09-30 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of runaway electron generation in argon-induced disruptions in ASDEX Upgrade
大量的材料注入已经被提出作为一种方法来减轻形成的相对论逃逸电子束，可能会导致在托卡马克等离子体中断。在本文中，我们分析了在11个ASDEX升级放电中观察到的失控生成，其中使用大量气体注入触发中断。我们提出了数值模拟的情况下，在轴上等离子体条件的特点，实验观测的约束下，使用的描述与自洽电场和温度演化的失控动力学在二维动量空间和零维真实空间。我们描述的电子分布函数的演变过程中的中断，并显示，失控的种子代占主导地位的热尾在所有的模拟放电。我们重现所观察到的依赖性的电流耗散率在失控的平台阶段的注入氩气的量。我们的模拟还表明，在注入氩气的阈值量以上，电流淬灭后的电流密度强烈依赖于氩气密度。在实验中没有观察到这种趋势，这表明0 D动力学模型未捕获的效应-例如失控的种子运输-也很重要。
2020-08-27 physics.plasm-ph
Runaway electron generation during tokamak start-up
托卡马克启动的特点是低电子密度和强电场，以迅速提高等离子体电流和温度，使等离子体充分放电，形成磁通量表面。这样的条件对于超热电子的形成是理想的，这可能降低欧姆加热的效率并防止健康的热聚变等离子体的形成。这在ITER中是特别令人关注的，在ITER中，工程限制对允许的电场施加了限制，并且限制了启动期间的预填充密度。在这项研究中，我们提出了一个新的0D烧穿模拟工具，称为STREAM（启动失控电子分析模型），它自洽地演变的等离子体密度，温度和电场，同时占相对论失控电子的产生和损失。验证烧穿模型后，我们调查的条件下，逃逸电子可以形成在托卡马克启动过程中，以及它们对等离子体引发的影响。我们发现，Dreicer生成起着至关重要的作用，在确定是否成为失控为主的放电或没有，大量的失控电子可以限制欧姆加热的等离子体，从而防止成功的烧穿或进一步斜升的等离子体电流。通过气体燃料增加密度可以抑制失控的发生，但只有在足够早的情况下。否则，可能已经积累了大的失控种子，其甚至在相对低的电场和高密度下也可能雪崩。
2022-06-29 physics.plasm-ph
Estimation of number of runaway electrons per avalanche in Earth's atmosphere
雷暴与相对论性逃逸电子雪崩之间的联系是一个重要的研究课题，引起了许多研究者的关注。除此之外，还有很多关于电子雪崩动力学的各种模拟。这篇文章主要是为了回应Evgeny Oreshkin等人的文章“逃逸电子的临界雪崩”，该文章显示了相当大的逃逸电子数量的估计，但它也包含了我们自己的模拟结果以及与其他论文的比较。
2020-08-13 physics.ao-ph physics.plasm-ph
SOFT: A synthetic synchrotron diagnostic for runaway electrons
通过测量和解释逃逸电子的同步辐射发射，可以更好地理解逃逸电子的动力学。相对论性电子发射的同步辐射模型已经很好地建立起来，但各种几何效应--如磁场不均匀性和相机放置--如何影响同步辐射测量及其解释的问题仍然悬而未决。在本文中，我们解决这个问题，通过模拟同步辐射图像和光谱使用新的合成同步辐射诊断工具SOFT（同步辐射探测轨道跟踪工具包）。我们确定了影响同步辐射光斑的关键参数，并在这些参数下进行了扫描。使用逃逸电子分布函数获得的参数从Alcator C-Mod放电的Fokker-Planck模拟，我们证明了相应的同步辐射图像是很好地再现的SOFT模拟，我们解释了它是如何可以理解的参数扫描。几何效应显着影响同步辐射光谱，我们表明，固有的不一致，在一个简单的发射模型（即不建模检测）可能会导致不正确的解释图像。
2017-11-16 physics.plasm-ph
Self-Guiding of Electromagnetic Beams in Degenerate Relativistic Electron-Positron Plasma
本文应用流体-麦克斯韦模型研究了电磁光束在完全简并的相对论性正负电子等离子体中自陷传输的可能性，结果表明，这种光束的动力学行为可以用具有特定饱和非线性类型的广义非线性薛定谔方程来描述。证明了径向对称局域孤立子结构的存在性。结果表明，对于任意的简并度，都存在稳定的孤立子结构。
2016-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Feasibility of the EDICAM camera for runaway electron detection in JT-60SA disruptions
该研究利用DREAM模拟JT-60SA破裂并通过SOFT生成合成图像，验证EDICAM可见光相机能够观测逃逸电子束的同步辐射。
2023-09-27 physics.plasm-ph
Largest Particle Simulations Downgrade the Runaway Electron Risk for ITER
聚变能将是人类最终的清洁能源。未来聚变装置最明显的问题之一是在聚变等离子体意外中断期间产生的有害逃逸电子（RE）的威胁。高效的长期算法和超大规模计算能力是揭示现实聚变反应堆中稀土复杂动力学的必要条件。在本研究中，我们部署了世界上最快的超级计算机Sunway TaihuLight和新开发的相对论体积保持算法，在6D相空间中对10^7个采样RE进行了长期粒子模拟，涉及10^18个粒子步的模拟规模，这是聚变研究中迄今为止最大的。我们的模拟表明，在一个现实的聚变反应堆中，稀土的关注并不像以前认为的那样严重。具体来说，RE被限制得比以前预测的好得多，最大平均能量在150 MeV的范围内，不到以前估计的一半。
2016-11-08 physics.plasm-ph
Dense polarized positrons from beam-solid interactions
针对稠密极化正电子制备难题，提出相对论高密度电子束轰击固体靶的方法，利用靶面兆特斯拉级非对称准静态磁场的辐射自旋翻转与多光子效应，通过三维粒子模拟验证得到极化度超40%、纳库仑级电荷量的多GeV稠密极化正电子束，为强场QED研究与高能极化正电子源发展提供新路径。
2024-05-21 physics.plasm-ph
Calculation of the runaway electron current in tokamak disruptions
本文针对托卡马克破裂中的逃逸电子电流，推导并分析了基于约化动力学建模的密度、平均速度和平均动能矩的计算方案，涵盖热尾与雪崩机制，并通过ITER破裂模拟验证其物理有效性和计算效率。
2023-09-15 physics.plasm-ph
Gamma flashes from relativistic electron-positron plasma droplets
在不久的将来，超强激光有望产生相对论性的电子-正电子等离子体液滴。考虑到量子电动力学（QED）中完全领先的局域光子产生率，我们指出这些液滴是有趣的γ射线闪光源
2008-09-25 hep-ph nucl-th physics.plasm-ph
Hybrid kinetic-MHD simulation on the formation of runaway electron current plateau during a current quench process
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文开发耦合NIMROD代码三维非线性扩展MHD模型的全粒子PIC模型，模拟电流猝灭中逃逸电子电流平台形成，揭示高度相对论性逃逸电子的梯度-B与曲率漂移对其产生和运动的显著作用。
2026-08-18 physics.plasm-ph
Effect of partially-screened nuclei on fast-electron dynamics
我们分析了含有部分电离杂质原子的等离子体中快电子的动力学，其中必须包括束缚电子的屏蔽效应。我们推导出的偏转和减速频率的解析表达式，并表明，它们显着增加与完全屏蔽，已经在亚相对论电子能量所获得的结果相比。此外，我们表明，修改的偏转和减慢频率是同样重要的描述失控电流的演变。我们的研究结果极大地影响快电子动力学，并具有重要的意义，例如托卡马克装置中逃逸电子的缓解策略的功效，以及大气放电中相对论击穿过程中的能量损失。
2018-01-05 physics.plasm-ph
Uniform focusing of sequence of relativistic positron bunches in plasma
基于等离子体的加速器维持比在常规加速器中获得的大几个数量级的加速梯度。在正负电子对撞机中，利用等离子体中激发的尾波场对电子束和正电子束进行聚焦是非常重要的。在等离子体中的聚焦机制，其中一个序列的所有电子聚束被相同地聚焦，已经被作者早先提出。本文用2.5D程序LCODE对等离子体中相对论性正电子束团序列的聚焦机制进行了数值模拟研究，其中序列中的正电子束团被均匀一致地聚焦。数值模拟了均匀等离子体中正电子长束团的自洽径向动力学。在模拟中，我们使用等离子体的流体动力学描述。换句话说，等离子体被认为是冷电子液体，正电子束团是宏观粒子的集合体。正电子束团被认为是纵向均匀的圆柱体。束团中的正电子在径向上按高斯分布。结果表明，在这种情况下，只有第一束团处于不等于零的有限纵向电尾流场中。其他束团在零纵向电尾流场Ez=0。该序列束团之间的纵向尾流场和径向力不为零。聚焦径向力的区域中，所占据的束，是恒定的沿每个束Fr= const。束之间的径向力是不均匀的。序列的所有正电子束团被相同地和均匀地聚焦。
2020-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Comparative study of the electron- and positron-atom bremsstrahlung
本文报道了电子原子和正电子原子韧致辐射的完全相对论处理。计算是基于狄拉克散射态在原子外场中的分波展开。比较了单、双微分截面和出射光子的Stokes参数对电子和正电子韧致辐射的影响。它表明，电子-正电子的韧致辐射谱的对称性，这是几乎精确的非相对论制度，在很大程度上被相对论效应删除。
2012-09-25 physics.atom-ph physics.plasm-ph
The impact of kinetic effects on the properties of relativistic electron-positron shocks
我们评估的非热冲击加速粒子的磁流体动力学（MHD）相对论冲击跳跃条件的影响。绝热常数直接从第一原理粒子模拟数据计算，使半动力学方法，以改善标准流体模型，并允许识别的关键参数，定义的冲击结构。我们发现，不断变化的上游参数有一个更强的影响比由于非热粒子的修正。我们发现，上游散装速度的减少产生的偏差从标准的MHD模型高达10%。此外，我们得到了一个定量定义的冲击过渡区从我们的分析。对于韦伯介导的冲击，包括一个磁场中的MHD守恒方程的解决第一次。
2012-10-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Distinctive features of ion-acoustic solitons in EPI super-dense magneto-plasmas with degenerate electrons and positrons
利用扩展的Poincaré-Lighthill-Kuo（PLK）约化微扰方法研究了小振幅离子声孤波（IASW）动力学（传播和相互作用），结果表明，在由无惯性简并电子、正电子和等温离子组成的磁等离子体中，当电子、正电子受到超相对论简并压力时，IASW动力学呈现出明显的特征.计算表明，在超相对论简并压力下，离子声孤立波在等离子体中可能发生不同的相互作用。
2010-10-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Transparency of an instantaneously created electron-positron-photon plasma
相对论性等离子体在小体积内释放大量能量时产生的膨胀问题已被许多作者考虑过。我们使用Bisnovatyi-Kogan和Murzina（1995）的球对称相对论展开的解析解。得到了电子-正电子-光子等离子体的光变曲线和透明态光谱。我们将我们的结果与Goodman（1986）的工作进行了比较。
2014-01-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Filamentation of the electromagnetic precursor in relativistic quasi-perpendicular electron-positron shocks
该研究提出电磁前驱体丝化不稳定性产生相对论剪切流和反向磁场分量，可触发磁重联，从而在正负电子对冲击波上游加速粒子。
2025-07-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dispersion Relations for Bernstein Waves in a Relativistic Pair Plasma
完全相对论性地处理电子-正电子对等离子体中的伯恩斯坦波，由于问题的性质非常复杂，一直是一项艰巨的任务。在这篇文章中，我们进行围道积分的介电响应函数和数值计算的色散曲线的均匀，磁化，相对论性的电子-正电子对等离子体。的行为的分散体解决方案的几种情况下，不同的等离子体温度突出显示。特别是，我们发现两个波模式，只存在于大的波长和频率类似的回旋频率在适度相对论对等离子体。这里提出的结果有重要的影响，这些对象的研究中，一个热的磁化电子-正电子等离子体在产生所观察到的辐射中起着重要的作用。
2009-08-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical calculation of the runaway electron distribution function and associated synchrotron emission
逃逸电子的同步辐射可用于诊断托卡马克破裂期间的等离子体状况，但解决此逆问题需要快速模拟电子分布函数和相关的同步辐射作为等离子体参数的函数。在这里，我们详细介绍了一个框架，这种向前计算，开始与一个有效的数值方法求解福克-普朗克方程中存在的任意强度的电场。该方法是连续（欧拉），我们采用相对论碰撞算子，有效的任意能量。包括初级和次级逃逸电子的产生。对于初级发电占主导地位的情况下，一个时间无关的制定的问题，只需要一个单一的稀疏线性系统的解决方案。在占主导地位的二次发电的限制，我们提出了第一个数值验证的分布函数的分析模型。在初级和次级产生的存在下的数值电子分布函数，然后用于计算的失控的同步发射光谱。结果发现，从实际分布函数发射的平均同步辐射谱不能很好地近似于单个电子在最大能量下的发射。
2014-01-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Scaling the Yield of Laser-Driven Electron-Positron Jets to Laboratory Astrophysical Applications
我们报告了在三个不同的激光装置上获得的新的实验结果，这些结果显示了定向激光驱动的相对论性电子-正电子喷流，其产额比以前获得的大30倍，正电子产额对激光能量的二次（~ E^2）依赖性。这种有利的缩放源于更高能量的电子的组合，由于增加的激光强度和MeV电子在mm厚的目标中的再循环。基于这种比例，第一性原理模拟预测了使用即将到来的高能激光设施产生的这种电子-正电子喷流在实验室中探测相对论无碰撞冲击物理的可能性。
2015-04-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Evolution of ultra-relativistic hollow-electron-beam wakefield drivers during their propagation in plasmas
超相对论空心电子束可以驱动等离子体尾场（$\sim$ GV/m），用于正电子加速。空心电子束在等离子体中长距离稳定传输是利用等离子体尾场将正电子加速到高能所必需的。在这项工作中，我们表明准静态动力学模拟使用代码WAKE的超相对论方位角对称的空心电子束在等离子体中传播的发展鱼骨状结构和移动其体积，差分沿其长度（后部最快），向其轴由于电子束电子的电子感应加速器的时间周期从束前到束后的减少。小半径空心电子束在到达轴向的电子产生的二次尾场的引力作用下坍缩到轴向。然而，具有足够大半径的空心束可以在等离子体中稳定地传播数米，并用于正电子加速。
2018-10-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Suppression of resistive hose instability in a relativistic electron-positron flow
本文研究了正负电子对产生对电子束的电阻软管不稳定性线性增长的影响，这种不稳定性可能导致蛇形畸变。对于矩形径向密度分布和漫射分布反映Bennett型平衡的自准直流，修改的本征值方程推导出从Vlasov-Maxwell方程。而对于简单的矩形轮廓，电流扰动局部化在尖锐的径向边缘，对于具有模糊边缘的现实Bennett轮廓，它是非局部分布在整个束上，消除灾难性的波粒共振。电子对的产生效应可能会降低电子感应加速器的频率，并扩大射束半径，以增加扰动电流的电阻衰减时间;这些也会导致生长速率的降低。结果表明，对于贝内特轮廓的情况下，一个优先模式的特征增长距离可以超过观测的天体物理喷流的长度尺度。这可能为解决天体物理喷流（包括高达Mpc（$\sim 3\times 10^{24}$ cm）尺度的河外喷流）的稳定传输问题提供了关键。
2007-04-02 astro-ph physics.plasm-ph
