Models of magnetic-field evolution and effective viscosity in weakly collisional extragalactic plasmas
在弱碰撞的河外等离子体中，如团内介质，粘性应力和磁场强度的变化率与局部压力各向异性成正比，因此受到压力各向异性驱动镜和消防水龙带不稳定性的约束，并由局部瞬时等离子体β控制。这种等离子体的动力学与传统的MHD流体截然不同。等离子体预计将保持在局部的边缘状态相对于不稳定性，但它如何做到这一点是一个悬而未决的问题。研究了两种磁场演化模型。在第一种情况下，通过抑制场的变化率来实现边缘性。在第二种情况下，不稳定性引起异常碰撞，将压力各向异性降低到边缘-同时降低粘度，从而增加湍流应变率。这些模型的影响进行了研究，在一个简化的0 D设置。在第一个模型中，该领域的爆炸性增长，但在一个时间尺度上的规模与初始β，而在第二，动态场强可以达到一个大规模的湍流翻转时间，无论初始种子。这两种模型都产生非常间歇的磁场。两者的适用性都受到很大的限制：对于典型的团核条件，流体运动和微尺度波动之间的尺度分离在β ~10^5-10^4之间破裂。在较大的β（较弱的领域），一个完全无碰撞的等离子体发电机理论是必要的，以证明从一个微小的原始种子场的增长。然而，这里讨论的模型是适当的研究目前观察到的字段的结构，以及大规模的动力学和热力学的磁化ICM或类似的稀释天体物理等离子体。
2014-03-04 astro-ph.CO astro-ph.HE nlin.CD
Ion and electron heating during magnetic reconnection in weakly collisional plasmas
通过回旋动力学模拟研究了强磁性、弱碰撞等离子体中离子和电子的磁重联和相关加热。它示出，相当数量的释放的磁能耗散产生（不可逆的）电子和离子加热通过相混合。电子加热主要局限于磁岛，而不是电流片，并发生在动力学重联阶段之后。离子加热仅在高β等离子体中与电子加热相当，并且由于有限的拉莫尔半径效应而导致平行相混合和垂直相混合;在空间中，离子加热局限于由电流片的不稳定性引起的次级岛（等离子体团）的内部。
2015-04-13 physics.plasm-ph
Asymptotic perpendicular transport in low-beta collisionless plasma
本文针对强碰撞假设的Braginskii回旋黏性应力闭合在高温等离子体中适用性差的问题，提出漂移标度下的半流体渐近分析方法和调整后的Braginskii闭合方案，经模拟验证可准确修正温度梯度下的闭合误差。
2024-08-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Collisional whistler instability and electron temperature staircase in inhomogeneous plasma
University of Oxford（牛津大学）；Trinity College, Oxford（牛津大学三一学院）；Merton College, Oxford（牛津大学默顿学院）
本文研究了碰撞性等离子体中哇声不稳定性，发现其可通过调节电子温度剖面抑制热输运，并在高β条件下形成温度阶梯结构。
2026-01-15 physics.plasm-ph
Self-sustaining sound in collisionless, high-beta plasma
使用解析理论和混合动力学数值模拟，我们证明，在无碰撞等离子体，长波长离子声波（IAWs）的振幅$δn/n_0 \gtrsim 2/β$（其中$β\gg{1}$是热磁压力的比率）产生足够的压力各向异性不稳定的等离子体消防水龙带和镜子不稳定性。这些动力学不稳定性迅速增长，分别通过俯仰角散射和捕获粒子来降低压力各向异性，从而阻碍了朗道共振的维持，朗道共振使这种波能够进行有效的无碰撞阻尼。其结果是波动动力学，表明弱碰撞等离子体：离子分布函数是近麦克斯韦，场平行的热流类似于其布拉金斯基形式（除了在大振幅磁镜强烈抑制粒子输运的区域），各种热力学量之间的关系比动力学更像“流体”。通过求解等离子体动力学Langevin问题，得到了自持IAWs的非线性涨落耗散关系，证明了含$δn/n_0 \gtrsim 2/β$的IAWs在随机驱动下，阻尼被抑制，涨落能级增强，碰撞热力学弱.我们调查我们的结果如何依赖于IAW的波长和离子的拉莫尔半径之间的尺度分离，并简要讨论了它们对我们理解湍流和运输的太阳风和星系团内介质的影响。
2020-09-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Gyrokinetic simulations of the tearing instability
线性陀螺动力学模拟涵盖碰撞-碰撞撕裂不稳定性的过渡制度。它示出的增长率缩放与碰撞同意以及由双流体理论预测的低等离子体β的情况下，离子动力学动力学可以忽略不计。电子波粒子相互作用（朗道阻尼），有限拉莫尔半径，和其他动力学效应无效的流体理论在无碰撞制度，其中一个一般的非多方状态方程的压力（温度）扰动应考虑。我们还改变了背景离子的比例，电子温度，并表明，从现有的计算预期的缩放可以恢复，但只有在非常低的β的限制。
2011-07-28 physics.plasm-ph
Pressure-anisotropy-induced nonlinearities in the kinetic magnetorotational instability
在无碰撞和弱碰撞的等离子体中，例如在致密物体上的热吸积流中，磁旋转不稳定性（MRI）可能与标准（碰撞）MRI显着不同。特别是，相对于局部磁场方向的压力各向异性可以改变线性MRI色散关系，并导致模式结构和增长率的非线性修改，即使当场和流扰动很小。这项工作研究这些压力各向异性引起的非线性弱非线性，高离子β政权，MRI饱和到强湍流之前。我们的目标是更好地了解如何在低碰撞性等离子体的MRI的饱和度可能不同于在碰撞制度。我们专注于两个关键的影响：（i）的直接影响的自感压力各向异性的非线性的MRI模式的演变，和（ii）的影响压力各向异性的“寄生不稳定性”被怀疑导致模式打破成湍流。我们的主要结论是：（i）镜不稳定性以这样一种方式调节压力各向异性，即一旦模式振幅变得大于背景场（就像在MHD中一样），无碰撞等离子体中的线性MRI是近似非线性解。这意味着无碰撞和碰撞MRI之间的差异在大幅度时变得不重要。(ii)大振幅MRI模式通过寄生不稳定性分解成湍流在无碰撞和碰撞等离子体中是相似的。总之，这些结论表明，在无碰撞等离子体中的磁旋转湍流的路线可能是类似的碰撞等离子体中，最近的动力学模拟所建议的。作为对这些发现的补充，我们为未来磁旋转湍流动力学模拟的设计提供了指导。
2017-11-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Pressure anisotropy and viscous heating in weakly collisional plasma turbulence
本文利用基于漂移动理学的简化流体模型研究弱碰撞阿尔芬湍流中的压强各向异性效应，发现黏性加热耗散四分之一到二分之一的级联功率且对等离子体β和离子-电子温度比不敏感，并提出“磁不可变性”机制将黏性加热限制在强迫尺度附近，结果与混合动理学模拟吻合良好。
2023-07-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observation of quasi-coherent density fluctuation in scrape-off layer enhancing boundary transport in high-betaN hybrid plasmas on DIII-D
本文报道了用多普勒后向散射系统在DIII-D托卡马克的刮去层（SOL）区观测到的准相干密度涨落（QCF）。在电子回旋加速器加热期间，在具有近双零偏滤器（DND）形状的高功率、高性能混合等离子体中观察到这种QCF。这种模式与陡峭的SOL密度分布相关，并导致ELMs之间的粒子和热通量显着升高。SOL QCF是一种长波长的离子尺度涨落，在等离子体框架中沿离子反磁方向传播。它的径向扩张约为1.5-2厘米，远远超过了DIII-D上热通量的典型宽度。此外，SOL QCF没有表现出任何明确的依赖于有效的SOL碰撞性，因此可能会提出问题的控制等离子体-材料的相互作用在低碰撞性等离子体中的斑点诱导的运输减少。使用BOUT++与5场简化模型进行线性模拟，并与实验观察结果进行比较。模拟结果表明，SOL密度梯度可以驱动一个类高斯密度扰动，其峰值位置和密度扰动的径向宽度与实验结果一致.
2021-03-19 physics.plasm-ph
Proton temperature-anisotropy-driven instabilities in weakly collisional plasmas: Hybrid simulations
本文用二维混合膨胀箱模拟方法研究了弱碰撞、高β等离子体中的动力学不稳定性，其中库仑碰撞模型采用Langevin方程（对应于Fokker-Planck方程）。膨胀驱动平行或垂直的温度各向异性（取决于环境磁场的取向）。对于所选择的参数的库仑碰撞是重要的驱动程序，但不足以保持系统稳定的质子温度各向异性驱动的不稳定性。在平行的温度各向异性的情况下，占主导地位的倾斜消防水带的不稳定性有效地降低了各向异性的准线性方式。在垂直温度各向异性的情况下，占主导地位的镜像不稳定性产生相干的压缩结构，散射质子和降低温度各向异性。对于这两种情况下的不稳定性产生暂时足够的波能量，使相应的（异常）输运系数占主导地位的碰撞的和他们的属性是类似的无碰撞等离子体。
2014-09-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Reduced fluid-kinetic equations for low-frequency dynamics, magnetic reconnection and electron heating in low-beta plasmas
本文提出了一个低β等离子体中磁重联和低频动力学的极小模型。该模型结合了分析和计算的简单性与物理可实现性：它是一个严格的限制的陀螺动力学等离子体β的顺序的电子-离子的质量比。该模型包含碰撞，可用于碰撞和无碰撞重联制度。它包括回旋离子（不假设冷），并允许通过电阻率或电子惯性（无论哪个占主导地位）对磁场线进行拓扑重排。两个流体动力学耦合到电子动力学-电子不假定等温，并通过减少漂移动力学方程描述。因此，该模型允许的不可逆性和通过速度空间中的平行相混合的磁能转化为电子热。分析了各种形式的自由能之间的交换及其转化为电子热。它示出了如何所有相关的线性波和制度的撕裂不稳定性（无碰撞，半碰撞和完全电阻）恢复在我们的模型的各种限制。提出了一种有效的方法来模拟我们的方程数值，通过厄米表示的速度空间。结果表明，速度空间中的小尺度将形成，从而引起一个浅厄米空间谱，由此推断，对于稳态或足够慢的动力学，电子加热速率将保持有限的碰撞消失的限制。
2011-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
PIC Simulations of Continuously Driven Mirror and Ion Cyclotron Instabilities in High Beta Astrophysical and Heliospheric Plasmas
我们使用粒子模拟（PIC）来研究离子速度空间不稳定性在一个理想化的问题，其中的背景速度剪切连续放大的磁场的非线性演化。我们模拟的天体物理学相关的制度，剪切时间尺度是长的离子回旋周期相比，等离子体β是~ 1-100。在我们的计算中，背景场放大是为了模拟湍流波动或MHD尺度不稳定性等过程。场放大持续驱动压力各向异性，垂直压力大于平行压力，并且等离子体变得不稳定到镜像和离子回旋不稳定性。在所有情况下，非线性状态是占主导地位的镜像不稳定性，而不是离子回旋不稳定性，和等离子体压力各向异性饱和的线性镜像不稳定性的阈值附近。磁场波动最初经历指数增长，但在长期阶段中饱和，其中波动在与背景磁场相同的时间尺度上增长（长期阶段中δB约为0.3<B>）。在早期，离子磁矩是很好的守恒的，但是一旦波动幅度超过δB ~ 0.1<B>，磁矩就不再守恒，而是在与平均磁场的时间尺度相当的时间尺度上变化。我们讨论了低碰撞天体物理等离子体，包括近地太阳风和低光度吸积盘周围的黑洞的影响，我们的结果。
2015-01-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic Turbulence in Collisionless High-Beta Plasmas
我们提出的结果从三维混合动力学模拟Alfvénic湍流在高β，无碰撞等离子体。这种湍流的关键特征是局部波-波之间的相互作用在级联中的波动和非局部波-粒子之间的相互作用与动力学微不稳定性驱动的各向异性的热压（即，消防水管，镜子，和离子回旋）之间的相互作用。我们提出的理论估计，并直接从模拟计算，有效的碰撞性和等离子体粘度的压力各向异性高β湍流，表明，对于强Alfvénic湍流，有效的平行粘性规模是可比的级联的驱动规模。在此尺度下，动能谱表明，由于各向异性粘性应力，Alfvénic叶栅的斜率比$-5/3$更陡。由于水龙带不稳定性产生的波动，磁能谱在离子拉莫尔标度附近比$-5/3$浅。大部分级联能量（80-90%）通过朗道阻尼和各向异性粘性加热的组合作为离子加热耗散。我们的研究结果对低光度吸积到超大质量黑洞的粒子加热模型，团内介质的有效粘度，以及近地太阳风观测的解释都有影响。
2023-03-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Triggering tearing in a forming current sheet with the mirror instability
我们使用混合动力学粒子模拟方法研究了磁化、无碰撞、高β等离子体中电流片（CS）随时间的形成和演化。一个初始撕裂稳定的哈里斯片冻结成一个持续驱动的不可压缩流，使其特征厚度逐渐减少的时间。随着CS变薄，重连场的强度增加，并且流入流体元素中的绝热不变性产生具有过量垂直压力的场偏置压力各向异性。在大的等离子体β，这种各向异性激发镜的不稳定性，这使离子拉莫尔尺度上的重连场变形，并大大降低了CS的有效厚度。撕裂模式的波长与镜子的波长相当，然后变得不稳定，触发更小规模的重联，并在更早的时间比会发生的，如果变薄CS保留其哈里斯轮廓。一种新的方法，用于识别和跟踪X点的介绍，产生的X点分离，最初是在上游等离子体中的垂直和平行的镜面波长之间的中间。这些镜像刺激撕裂模式最终增长和合并产生的CS厚度相媲美的岛宽度，结果，我们验证了在一系列的CS形成时间尺度和初始CS宽度。我们的研究结果可能会发现他们最直接的应用在撕裂破坏的磁褶皱产生的湍流发电机在弱碰撞，高β，天体物理等离子体。
2022-02-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Polarization and magnetization in collisional and turbulent transport processes
导出了磁约束等离子体中的极化和磁化的表达式，其中包括在回旋半径中的完全展开，以处理平衡和微观电磁湍流的影响。利用得到的表达式，密度和流量的颗粒相关的陀螺中心。在归一化回转半径展开的第一阶中，颗粒流的平均部分由回转中心流和磁化流之和给出，这对应于漂移动力学中所谓的磁化定律，而湍流部分也包含极化流。碰撞对二阶粒子流有额外的贡献。磁表面的平均粒子通量是二阶的，它包含了经典、新经典和湍流输运过程。利用拉格朗日变分原理导出了适当地包含平均和湍流部分的陀螺运动泊松方程和安培方程，以便用于全$f$全球电磁陀螺运动模拟。研究发现，为了使导出的安培方程正确地包含反磁流，在全$f$高β等离子体模拟中，必须保留由湍流矢量势与曲率漂移和$\nabla B$漂移组成的漂移速度的内积所给出的二阶拉格朗日项.这些陀螺动力泊松方程和安培方程的湍流部分被证实同意从WKB表示在早期的作品中导出的结果。
2022-05-19 physics.plasm-ph
Thermodynamics and collisionality in firehose-susceptible high-$β$ plasmas
利用解析理论和混合粒子模拟，研究了高$β$等离子体火管不稳定性的饱和机制，发现三种热力学状态，并新识别出能支持Alfvén波湍流的“支持Alfvén波”状态，对理解太阳风等天体物理等离子体至关重要。
2025-07-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic field amplification and evolution in turbulent collisionless MHD: an application to the ICM
ICM中观测到的磁场的放大和维持通常归因于湍流发电机作用。这通常是由采用碰撞MHD模型。然而，在ICM的离子碰撞之间的平均自由程的动力学尺度的顺序，因此需要一个无碰撞的MHD描述。与碰撞MHD模拟不同，我们的研究使用相对于局部磁场方向的各向异性等离子体压力，这使得等离子体在参数空间内发生无碰撞不稳定性。在所采用的模型中，这些不稳定性通过压力各向异性的弛豫项包含在海湾中，该弛豫项模拟了镜像和消防水龙带不稳定性的反馈。这种弛豫的作用是得到与无碰撞等离子体的经验研究相一致的等离子体分布函数。我们的三维数值模拟的强迫跨音速湍流的激励下的湍流ICM的建模进行了不同的初始值的磁场强度，和不同的压力各向异性的弛豫率。我们发现，在对应于ICM条件的高β等离子体制度，快速各向异性弛豫速率给出的结果是类似的碰撞MHD模型的湍流的统计特性而言。此外，种子磁场的放大，由于湍流发电机的行动是类似的碰撞MHD模型。我们的模拟不采用各向异性弛豫显着偏离碰撞MHD的结果，并显示更多的权力在小尺度的波动的密度和速度代表的结果的不稳定性。对于这些模拟，磁场中的大尺度波动大部分被抑制，并且湍流发电机在放大种子磁场方面失败。
2013-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Turbulent heating in collisionless low-beta plasmas: imbalance, Landau damping, and electron-ion energy partition
该研究通过低β回旋动力学约化模型的理论与模拟，揭示了等离子体β值和不平衡性通过螺旋度势垒调控无碰撞湍流加热的两种区域，构建了电子-离子加热比公式，发现低β下加热主导方会随涨落性质突变。
2025-09-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A nonlinear theory of the parallel firehose and gyrothermal instabilities in a weakly collisional plasma
弱碰撞等离子体相对于磁场动态地发展压力各向异性。这些各向异性在略高于离子拉莫尔半径ρ i和远低于平均自由程λ mfp的尺度上触发等离子体不稳定性。它们的增长率是离子回旋频率的一小部分--比整体动力学或局部湍流快得多。不稳定性极大地改变了等离子体的输运性质，从而改变了等离子体的宏观动力学。它们的非线性演化驱动压力各向异性向边缘稳定性发展，并受等离子体β β i的控制。在这里，这种非线性演变是为最简单的分析处理的例子-平行消防水龙带不稳定性。在非线性区，解析理论和数值解预测长期增长的磁波动。它们发展出一个k^{-3}谱，从略大于ρ_i的尺度延伸到随时间长期增长的最大尺度（~t^{1/2}）;相对压力各向异性（\pperp - \ppar）/ \ppar趋于边缘值-2/β_i。边缘状态是通过磁场的变化而不是粒子散射来实现的。当存在平行离子热通量时，水龙带突变为新的陀螺热不稳定性（GTI），该不稳定性在压力各向异性达到水龙带稳定值时继续存在，该值可以为正值并受到热通量的限制。GTI的非线性演化也表现为磁涨落的长期增长，但谱最终由~ρ i l T/λ mfp附近的模主导，其中l T是平行温度变化的尺度。动量和热量传输的影响进行了推测。本研究的动机是星系团等离子体动力学。
2011-05-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Effects of wave damping and finite perpendicular scale on three-dimensional Alfven wave parametric decay in low-beta plasmas
本文首次通过三维开放边界混合模拟研究低β等离子体中动理学阿尔芬波参量衰变不稳定性，揭示波阻尼（碰撞阻尼、几何衰减和离子朗道阻尼）是限制其激发的关键因素，而垂直波尺度本身影响不显著。
2024-05-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Constraints on ion vs. electron heating by plasma turbulence at low beta
它表明，在低β，弱碰撞等离子体，如太阳日冕，太阳风的某些情况下，极光，吸积盘的内部区域，它们的日冕，和一些实验室等离子体，阿尔夫文波动产生没有离子加热内的回旋近似，即，只要它们的振幅（在拉莫尔标度下）小并且它们的频率保持低于离子拉莫尔频率（即使它们的空间标度可以高于或低于离子拉莫尔标度）。因此，在这样的等离子体中的所有低频离子加热是由于压缩波动（“慢模式”）。由于这些涨落在能量上与已经在惯性范围内的阿尔夫文涨落解耦，上述结论意味着低β等离子体中离子和电子之间的能量分配是在湍流发生的外尺度上决定的，并且可以从相关天体物理系统的磁流体动力学（MHD）模型中确定。任何额外的离子加热必须来自非回旋机制，如回旋加热或随机加热由于离子的拉莫尔轨道的扭曲。这些结论的一个例外发生在霍尔极限，即，当离子与电子温度的比率与离子β一样低时（等效地，电子β是阶单位）。在这种情况下，慢模与远高于拉莫尔标度的阿尔夫维尼亚模耦合（即，在离子惯性或离子声尺度下），因此阿尔文级联和压缩级联结合，然后再次分离成两个波动级联，线性地类似于动力阿尔文波和离子回旋波，前者加热电子，后者加热离子。这两个级联示出去耦，缩放为他们的派生，它是物理上认为，这两个物种将被加热，他们以近似相等的速率。
2019-04-10 astro-ph.HE astro-ph.SR nlin.CD
Kinetic simulations of the interruption of large-amplitude shear-Alfvén waves in a high-beta plasma
使用二维混合动力学模拟，我们探讨了非线性的“中断”的驻波和行波剪切阿尔芬波在无碰撞等离子体。中断涉及一种自生压力各向异性，消除了线性极化Alfvénic扰动的回复力，并发生在波振幅$δB_{\perp}/B_{0}\gtrsim β^{\,-1/2}$（其中$β$是热压力与磁压力之比）。我们使用高度拉长的域，以获得波和离子陀螺仪之间的最大规模分离。对于振幅极限以上的驻波，我们发现波的大尺度磁场迅速衰减。的动力学的强烈影响的激发斜消防水龙带模式，过渡到长寿命的平行波动的离子陀螺仪，并导致显着的粒子散射。行波衰减得更慢，但也受到水龙带模式衰减产生的小尺度平行波动的影响。我们的结果表明，无碰撞等离子体不能支持线性偏振阿尔文波以上$δB_{\perp}/B_{0}\sim β^{\,-1/2}$。他们还提供了一个生动的说明低碰撞等离子体动力学的两个关键方面：（一）在调节等离子体动力学在高$β$的速度空间不稳定性的重要性，以及（二）如何非线性碰撞无过程可以直接从最大尺度的机械能转化为热能和微尺度波动，而不需要一个规模的规模湍流级联。
2017-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
A new multi line-cusp magnetic field plasma device (MPD) with variable magnetic field for fundamental plasma studies
其中一个基本问题是对多尺度等离子体湍流中静电和电磁涨落物理的理解。尤其是在具有不同磁化程度的连续连接的等离子体区域中。例子包括从类磁控管装置中的多尺度等离子体到磁偶极子结构限制的天体物理等离子体，地球周围太阳风驱动的无碰撞和弱碰撞等离子体，仅举几例。这种等离子体由电子尺度和离子尺度物理以及有限的β效应主导。为了在实验室实验中研究这样的过程，需要出色地控制连续连接区域的近零等离子体β与有限的β区域，以及平均密度和温度的梯度长度尺度。为了解决这些现象中的一些在实验室规模，一个新的多线尖配置等离子体装置（MPD）组成的电磁铁与核心材料已被构造与实验控制磁化的相对体积分数的能力unmagnetized等离子体体积以及准确控制的梯度长度尺度的平均密度和温度分布。热钨阴极产生的氩等离子体在MPD的特点是使用单朗缪尔探针。氩等离子体已经在装置中在5 × 10-5 mBar到1 × 10-3 mBar的宽压力范围内产生，实现了109到1011 cm-3的等离子体密度范围和1 eV到8 eV的温度范围。
2017-09-30 physics.plasm-ph
The Stochastic Field Transport associated with the Slab ITG Modes
许多模型的异常运输考虑湍流ExB运输所产生的静电微观不稳定性。在本文中，我们调查是否扰动磁场，这是与这种不稳定性在小，但有限的{β}值可以导致显着的随机磁场运输。以具有磁剪切的等离子体板中的撕裂宇称、长波长离子温度梯度（ITG）模为例，计算了当等离子体耗散由半碰撞电子模型给出时，在共振面处产生的扰动磁场的振幅。由此产生的随机场运输的估计，并与由于ITG模式的ExB运输的估计进行比较。
2013-07-05 physics.plasm-ph
The effects of finite electron inertia on helicity-barrier-mediated turbulence
本文研究了强磁化不平衡等离子体湍流中有限电子惯性的影响，发现非线性守恒定律导致存在一个电子等离子体 beta 临界值，它决定了能量是级联耗散加热电子还是形成螺旋度势垒加热离子。
2024-05-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effects of Unequal Electron-Ion Plasma Beta on Pressure-Strain Interaction in Turbulent Plasmas
Clemson University（克莱姆森大学）；University of Delaware（特拉华大学）
研究不等电子-离子温度对湍流等离子体中压力-应变相互作用的影响，揭示热不平衡如何影响物种依赖的加热率。
2025-12-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
A thermally stable heating mechanism for the intracluster medium: turbulence, magnetic fields and plasma instabilities
我们考虑的问题，自我调节加热和冷却的星系团和集群磁场和湍流的影响。弱碰撞磁化等离子体的粘性加热由相对于局部磁场方向的压力各向异性来调节。团内介质是高β等离子体，其中由湍流应力引起的压力各向异性以及随之而来的磁场的局部变化将触发非常快速的微尺度不稳定性。我们认为，这些不稳定性的净效应将是钉在一个边际水平的压力各向异性，控制等离子体β参数。这就产生了与辐射冷却率相当的局部加热率。此外，我们表明，这种加热和韧致辐射冷却之间的平衡是热稳定的，不像冷却和热传导之间的平衡经常被破坏。如果有足够的（可能是自我调节的）湍流能量供应，这就提供了一种减轻冷却流和防止集群核心崩溃的物理机制。对于观测到的密度和温度分布，假设的粘性加热和辐射冷却的平衡使我们能够预测磁场强度，湍流速度和湍流尺度的函数，从中心的距离。具体的预测和观察比较给出了几个不同的集群。我们的预测可以通过未来对星团磁场和湍流速度的观测来进一步检验。
2010-08-21 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fast collisionless reconnection and electron heating in strongly magnetized plasmas
使用保留非等温电子动力学的新型流体动力学模型[Zocco & Schekochihin，Phys. Plasmas 18，102309（2011）]研究了强磁化（低β）、弱碰撞等离子体中的磁重联。结果表明，电子加热通过朗道阻尼（线性相位混合）是占主导地位的耗散机制。在时间上，电子加热发生在重联率的峰值之后;在空间上，它集中在磁岛的分界线上。对于足够大的系统，峰值重连率为$cE_{max}\approx 0.2v_AB_{y,0}$，其中$v_A$是基于重连字段$B_{y,0}$的阿尔文速度。岛的饱和宽度是相同的MHD模型，除了小系统，当它变得可比的动力学尺度。
2013-01-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A generalized energy-consistent finite difference scheme for 10-moment magnetohydrodynamics
The University of Tokyo（东京大学）
本文针对10矩磁流体动力学提出一种能量一致有限差分格式，通过非线性滤波与能量转移保证总能量平衡，经多类测试验证其在宽等离子体beta范围的有效性，为无碰撞等离子体大规模模拟提供了新框架。
2026-08-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Thermomagnetic instability of a rotating magnetized plasma disk
我们分析了薄等离子体盘的稳定性，它是围绕一个紧凑的天体物理对象旋转，并嵌入在这样的源的强磁场。本研究的目的是确定一种新型的不稳定模式，能够取代低β值和足够小尺度的扰动，它失败的磁旋转不稳定性配置文件。特别是，我们认为磁流体动力学计划，包括一个非零的能斯特系数，对应于一阶碰撞效应。结果，当磁张力消失时，虚频模式导致不稳定状态。最后，我们表明，即使在电阻效应的存在下，它仍然是一个很好的候选人，以确保在没有磁旋转不稳定性的湍流行为的发病。
2013-12-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Tearing Instability in Gyrotropic MHD: Effects of Equilibrium Pressure Anisotropy
Escola de Artes, Ciências e Humanidades, University of São Paulo（圣保罗大学艺术、科学与人文学院）；Astrophysics Division, National Institute for Space Research（国家空间研究所天体物理部）
本文在回转MHD框架下，考虑平衡压力各向异性，推导了电阻撕裂模的线性理论，发现各向异性改变理想外区匹配参数和电阻内层动量平衡，修正了增长率标度律，并通过数值计算验证了结果。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Microtearing Turbulence and Its Role in High-Density-Gradient Plasmas in Wendelstein 7-X
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（德国马普等离子体物理研究所）
Wendelstein 7-X 高密度梯度等离子体中，微撕裂湍流主导输运，其成因与磁场配置及碰撞性有关。
2025-10-22 physics.plasm-ph
Characterizing the Velocity-Space Signature of Electron Landau Damping
本研究通过不同离子等离子体β值的动理学湍流模拟，用场-粒子关联技术表征电子朗道阻尼的速度空间特征，为航天器原位等离子体湍流观测的关联分析提供框架。
2023-10-03 physics.plasm-ph
Characterizing Velocity-Space Signatures of Electron Energization in Large-Guide-Field Collisionless Magnetic Reconnection
磁重联对无碰撞等离子体中磁能的释放和粒子的碰撞起着重要的作用。无碰撞磁重联中的能量转移本质上是一个两步过程：电场对粒子的可逆、无碰撞，随后是该能量的碰撞热化，导致不可逆的等离子体加热。利用回旋动力学数值模拟方法研究了二维强引导场无碰撞磁重联中电子自旋的第一步，并首次给出了场-粒子关联（FPC）特征的例子.我们确定这些速度空间签名在x点和排气中，重联几何的区域中，电子的碰撞主要发生。对这些速度空间特征的建模表明，在强引导场限制下，电子的重连通过平行电场对平面外电子流的体加速而发生，平行电场驱动重连，这是重连的非共振机制。我们探讨这些速度空间签名的变化在等离子体β范围$0.01 \le β_i \le 1$。我们的分析超越了等离子体动力学的流体图像，并利用排气区的电子束的动力学特征，提出了一个单点诊断，它可以潜在地识别使用航天器观测的重连排气区。
2021-12-13 physics.plasm-ph
Achievement of highly radiating plasma in negative triangularity and effect of reactor-relevant seeded impurities on confinement and transport
本文首次在负三角位形下实现高辐射等离子体，证明注入反应堆相关杂质气体可在无ELM条件下获得高约束性能，为反应堆运行提供潜在新方案。
2024-09-04 physics.plasm-ph
Plasma instabilities and magnetic-field growth in clusters of galaxies
我们表明，在非常一般的条件下，集群等离子体线程弱磁场受到非常快速增长的等离子体不稳定性驱动的各向异性的等离子体压力（粘性应力）相对于局部方向的磁场。这种各向异性会自然地出现在任何弱磁化的等离子体中，这些等离子体具有低碰撞性并受到搅拌。磁场必须足够弱以使不稳定性发生，即，beta>Re^{1/2}。不稳定性是由扩展的MHD模型与Braginskii粘度捕获。然而，它们的增长率与波数成比例下降到离子陀螺标度，所以MHD方程与Braginskii粘度是不好的，一个完全的动力学处理是必要的。这种不稳定性会导致星系团中的磁场在宇宙学平凡的时间尺度（约10^8年）上从约10^{-18} G的种子强度放大到约10 microG的动力学重要强度。在放大阶段产生的场的尺度比观察到的小得多。预测饱和场的尺度和结构需要磁化团簇湍流的动力学理论。
2005-08-03 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
Expansion-Driven Self-Magnetization of High-Energy-Density Plasmas
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）；National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所）；University of Kansas（堪萨斯大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
研究高能密度等离子体的自磁化机制，通过二维碰撞粒子-网格模拟发现膨胀驱动的Weibel过程在临界强度下引发等离子体自磁化，产生高等离子体β值和Hall参数。
2026-04-08 physics.plasm-ph
The Velocity-Space Signature of Transit-Time Damping
本文利用场-粒子关联技术分析回旋动理学模拟，识别出渡越时间阻尼在速度空间中的独特双极性能量转移特征，证明其在强等离子体湍流阻尼中的重要作用，并与朗道阻尼进行比较，发现当离子等离子体 beta 大于 1 时渡越时间阻尼占主导。
2024-05-07 physics.plasm-ph
The interaction of turbulence, magnetic islands and zonal fields in fluid plasma models with cubic non-linearities
本文研究了高 beta 下流体等离子体中湍流、磁岛与带状结构的相互作用，发现压力梯度驱动的湍流普遍产生磁岛，带状电流减缓磁岛形成，带状流促进能量向大尺度转移，且磁岛对压力分布的平坦化作用缓慢且局限于弱带状流区域。
2025-06-30 physics.plasm-ph
Going Beyond the MHD Approximation: Physics-Based Numerical Solution of the CGL Equations
提出一种基于物理信息的压力松弛数值方法求解 CGL 方程，通过投掷角散射保持双曲性，使代码在任何磁场强度下稳健运行，并通过严格测试验证。
2024-05-24 astro-ph.SR cs.NA math.NA
