Observation of quasi-periodic frequency sweeping in electron cyclotron emission of nonequilibrium mirror-confined plasma
在桌面镜磁阱中强非平衡等离子体的电子回旋辐射中，观测到了啁啾频率模式。这种模式是典型的非线性相空间结构的形成在附近的波粒子共振的动力学不稳定的等离子体，也被称为“孔和块”的机制。我们的数据提供了第一个实验证据，在电子回旋频率域的这种机制的作用。
2017-02-05 physics.plasm-ph
Transparency of Magnetized Plasma at Cyclotron Frequency
如果电磁辐射的频率等于等离子体电子的回旋频率，则电磁辐射被磁化等离子体强烈吸收。它表明，吸收可以完全取消的存在下，第二辐射束，甚至一个波荡器的静磁场，导致在回旋频率的等离子体透明度。这种效应类似于三能级原子系统的电磁感应透明（EIT），只是它发生在完全{ \it经典}的等离子体中。此外，由于经典等离子体的复杂性，折射率在回旋频率不同于1。EIT在等离子体中的潜在应用包括选择性等离子体加热、折射率的电磁控制和电子/离子加速。
2002-02-20 physics.optics physics.plasm-ph
Development and validation of the numerical model of Electron Cyclotron Resonance Ion Sources
电子回旋共振离子源的数值高级模型（NAM-ECRIS）包含了壁面次级电子发射过程。研究发现，单粒子效应强烈影响电子约束时间和离子产生。与修改后的模型，我们观察到的源的气体流量的变化，并在注入的微波功率的反应。研究了六极磁场缩放对源性能的影响。计算的趋势与实验观察结果接近。
2022-04-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electrostatic ion-cyclotron instabilities modified by the parallel and perpendicular plasma flow velocity shears
利用分段式无碰撞等离子体源实现了对平行于和垂直于磁场线的等离子体流速剪切的外部独立控制。观察到静电离子回旋不稳定性被垂直流速剪切抑制，发现其抑制物理可分为两个方面。另一方面，平行的流速剪切被证明是不稳定的离子回旋不稳定性取决于在没有场对准的电子漂移流的平行剪切的符号。
2004-10-21 physics.plasm-ph
Cyclotron Resonance in Strongly Magnetized Plasmas and Gamma Ray Burst
基于集体等离子体脉泽不稳定性，提出了强磁化等离子体中γ射线和硬x射线爆发的一种可能的设想。与此情景相关的物理参数进行了估计。这种方案的吸引力的特点，在传统的回旋辐射理论进行了讨论。
2012-11-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Plasmas Cooled by Cyclotron-Cavity Resonance
我们观察到，高Q电磁腔谐振增加的回旋冷却率的纯电子等离子体中的潘宁-Malmberg陷阱时，电子的回旋频率，通过调整控制的磁场，匹配的频率的驻波模式在腔中。对于某些模式和捕获配置，这可以将冷却速率增加十倍或更多倍。在本文中，我们调查的冷却速率和平衡等离子体温度的变化在很宽的参数范围内，包括等离子体密度，等离子体位置，电子数，和磁场。
2016-09-28 physics.plasm-ph
Numerical model of Electron Cyclotron Resonance Ion Source
本文用数值代码精确地再现了电子回旋共振离子源（ECRIS）工作的重要特性。该代码使用的粒子在细胞技术来模拟ECRIS等离子体中的离子的动力学。结果表明，气体动力学离子约束机制是足够的，以提供在ECRIS的离子产生率接近实验观察值。提取的离子电流的计算和比较实验的几个来源。通过改变源室的气体流量和微波功率，得到了引出离子流的变化。经验标度律ECRIS设计的研究和潜在的物理效应进行了讨论。
2015-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Production of overdense plasmas by launching 2,45 GHz electron cyclotron waves in a helical device
为了产生低碰撞的低温等离子体，在极低的环向场Bt下，垂直于环向场注入2.45GHz的微波功率，最大功率可达20kW
2004-10-23 physics.plasm-ph
Sub-microsecond temporal evolution of edge density during edge localized modes in KSTAR tokamak plasmas inferred from ion cyclotron emission
在KSTAR托卡马克装置的边缘局域模（ELM）中，在等离子体外边缘质子回旋频率的谐波处检测到离子回旋辐射（ICE）。在ELM崩溃期间，发射通常会向下（偶尔向上）啁啾，并由受限的3MeV聚变产生的质子驱动，这些质子从等离子体核心有很大的漂移。我们充分利用动力学模拟在多个等离子体密度，以配合啁啾ICE的时间演变功能。这产生了一个独特的，非常高的时间分辨率诊断的崩溃边缘基座密度。
2017-02-06 physics.plasm-ph
Quantifying fusion born ion populations in magnetically confined plasmas using ion cyclotron emission
离子回旋发射（ICE）提供了独特的承诺，作为诊断的融合出生的α粒子人口在磁约束等离子体。JET和TFTR的开创性观测发现，ICE强度$P_{ICE}$与聚变反应的测量中子通量以及等离子体中聚变产生的α粒子的推断浓度$n_α/n_i$近似线性地成比例。我们提出了完全非线性自洽动力学模拟，再现这种缩放的第一次。这解决了MCF等离子体中聚变α粒子约束和稳定性物理学中的一个长期问题。证实了磁声回旋不稳定性（MCI）作为可能的发射机制，并大大加强了未来的燃烧等离子体中的ICE诊断开发的基础。
2016-06-01 physics.plasm-ph
The electron cyclotron maser instability in laser-ionized plasmas
该研究揭示圆偏振激光电离的等离子体可形成易触发电子回旋脉泽不稳定性的长寿命环形弱相对论动量分布，结合理论与模拟验证现有激光技术可实现相关可控探测，为极端天体环境下的相干辐射过程提供实验依据。
2024-12-09 physics.plasm-ph
Observations and modelling of ion cyclotron emission observed in JET plasmas using a sub-harmonic arc detection system during ion cyclotron resonance heating
本文报道了在离子回旋频率范围（ICRF）内的波加热的射流等离子体中，接近高能离子的回旋频率的电磁辐射的测量结果。氢是所有这些等离子体中的主要离子种类。测量获得了使用分谐波电弧检测（SHAD）系统中的ICRF天线之一的传输线。测得的离子回旋发射（ICE）光谱强烈过滤的天线系统，通常包含子结构，由几个kHz的分离的峰值集组成，这表明压缩阿尔芬本征模（CAE）的激发频率紧密间隔。在大多数情况下，高能离子可以被清楚地识别为ICRF加速的He-3少数离子，尽管在两个脉冲中，发射可能是由高能He-4离子产生的，源于三次谐波ICRF波加速。有人提出，发射接近的He-3回旋频率产生的高能离子的这个物种经历漂移轨道漂移到外中平面等离子体边缘。粒子在细胞和混合动力（动力学离子，流体电子）模拟使用等离子体参数对应的边缘等离子体条件，在这些射流脉冲，和高能粒子参数推断的回旋共振位置，表明强烈的激发波在He-3回旋谐波，包括基本的，这是确定与所观察到的发射。这些结果强调了ICE测量的潜在重要性，作为一种研究受限的快速粒子的方法，这些粒子是强超热的，但能量不足或数量不足以激发可检测水平的伽马射线发射或其他集体不稳定性。
2018-06-13 physics.plasm-ph
The ion cyclotron parametric turbulence and anomalous convective transport of the inhomogeneous plasma in front of the fast wave antenna
建立了快波天线前非均匀电场驱动的非均匀等离子体离子回旋（IC）静电参数不稳定性理论。据发现，参数IC湍流和漂移湍流的空间不均匀性是在流动的起源，其中运输的大部分FW功率，沉积到基座等离子体，刮除层，后来的偏滤器主要沿场线。
2021-03-03 physics.plasm-ph
Fullerene-rare gas mixed plasmas in an electron cyclotron resonance ion source
利用电子回旋共振（ECR）离子源合成了Fe@C60等内嵌富勒烯。报道了N@C60的生产。然而，产率相当低，因为大多数富勒烯分子在ECR等离子体中断裂。我们采用了气体混合技术，以冷却等离子体，然后减少富勒烯解离。用法拉第杯观察了从富勒烯-He、Ar或Ar混合等离子体中引出的离子束的质谱。从结果来看，He气体混合技术对富勒烯的破坏是有效的。
2015-01-28 physics.plasm-ph
Three-dimensional modelling of processes in Electron Cyclotron Resonance Ion Source
建立了电子回旋共振离子源的三维数值模型，并应用于离子源物理过程的研究。该模型包括以迭代方式模拟源等离子体中的电子和离子动力学的单独模块。利用COMSOL Multiphysics软件对微波在等离子体中的传播进行了模拟，模拟了微波对电子的加热。提取的离子电流和其他参数的源获得不同的气体流入源。结果表明，等离子体电势梯度引起的横向离子输运对电流有很大的影响。研究了一些特殊工艺对光源性能的影响。示出了磁场缩放以减少离子朝向提取孔移动期间的离子损失，以及使用铝室壁和工作气体与氦气的混合。
2020-08-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A non-local fluid closure for modeling cyclotron resonance in collisionless magnetized plasmas
本文发展了一种考虑回旋共振效应的无碰撞磁化等离子体的流体描述。遵循与朗道流体封闭相同的方法，与横向电磁波动相关的热通量分量近似为波数空间中低阶矩的线性组合。封闭成功地再现了线性回旋共振的电磁波传播平行于环境磁场。在有限温度各向异性的存在下，该模型给出了近似正确的预测通过回旋共振不稳定。一个非线性模拟表明，波的增长与线性理论一致，其次是初始各向异性的减少，最后，饱和的不稳定性。各向同性可以用准线性理论来理解，该理论是在流体模型的框架内发展的，但与其完全动力学的对应物非常相似。结果表明，线性和非线性无碰撞等离子体响应近似地包含在流体模型中。
2021-03-16 physics.plasm-ph
Anomalous convective transport of the tokamak edge plasma, caused by the inhomogeneous ion cyclotron parametric turbulence
本文研究了极向剪切下基座等离子体中空间非均匀静电离子回旋参数微湍流驱动的对流中尺度流动的动力学和流体力学理论。发展的动力学理论预测剪切极向对流的产生，和径向压缩流与径向流速梯度。发达的流体动力学理论的对流揭示了径向压缩对流的密度梯度随时间呈指数增长的陡峭的基座密度分布的形成中的主导因素。这种梯度密度的增长受到基座等离子体向刮除层的径向振荡离子流出的限制。
2022-06-07 physics.plasm-ph
Plasma losses from mirror trap, initiated by microwave radiation under electron cyclotron resonance conditions
本文研究了在镜磁阱中，频率为24 GHz，功率高达600 W的回旋管辐射维持的稳态ECR放电的等离子体。在气体击穿阈值附近的压力下，随着辐射功率的增加，观察到电子回旋放电的消光效应。当回旋共振截面接近磁塞时，对应于放电熄灭的功率阈值降低。这些实验结果证实了存在的粒子沉淀的效果，从陷阱作为一个结果的电子回旋共振与回旋辐射的相互作用。消光功率依赖于磁阱中ECR截面位置的实验标度对应于准线性扩散区中粒子沉淀理论基础上的估计结果。
2018-07-11 physics.plasm-ph
Electron Cyclotron Resonance (ECR) Magnetometry with a Plasma Reservoir
通过测量微波脉冲照射电子等离子体时产生的温度，发现了彭宁-马尔姆伯格阱中的局部磁场。当脉冲频率被扫描时，观察到多个加热共振。许多共振是由于电子反弹和等离子体旋转边带。识别对应于回旋频率共振的加热峰值以确定磁场。一种快速制备用于破坏性温度测量的低密度电子等离子体的新方法，能够快速和自动扫描微波频率。该技术可以高精度地确定磁场，获得优于$1\,\mathrm{ppm}$的绝对精度和$26\,\mathrm{ppb}$的相对精度。一个重要的应用是原位磁力测量法，用于电荷-宇称-时间对称性和弱等效原理的反氢测试
2020-02-08 physics.plasm-ph
Interpretation of quasi-periodic frequency sweeping in electron cyclotron emission of nonequilibrium mirror-confined plasma sustained by high-power microwaves
在[Viktorov M. E.例如，EUR.物理快报，V.116，P.55001，2016]我们报告了在桌面镜磁阱中的强非平衡等离子体的电子回旋辐射中观察到的啁啾频率模式。这些图案被定性地解释为所谓的“孔和团块”机制在如此高的频率（1-10 GHz）下起作用的第一个实验证据。在本文中，我们证明了这一说法更严格的基础上，考虑到非线性相空间结构的形成，在附近的波粒共振的Berk-Breizman理论的框架内采用的动力学不稳定的镜像约束等离子体。
2019-06-07 physics.plasm-ph
Numerical investigations of the minimum-B effect in Electron Cyclotron Resonance Ion Source
本文采用三维粒子-单元模型NAM-ECRIS研究了DECRIS-PM电子回旋共振离子源对源磁位形变化的反应。重点是磁阱中心的磁场变化，即最小B值。经计算，最佳归一化值约为0.8，与实验观测值接近。讨论了最优解存在的原因。据观察，电子的能量随着最小B值的增加而增加，这是由于等离子体中高能电子的约束增强。的径向损失的电子的能谱中的凸点进行观察和解释是由于非绝热损失的电子。
2020-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlled turbulence regime of electron cyclotron resonance ion source for improved multicharged ion performance
强非等离子热等离子体的动力学不稳定性的激发和非线性演化限制在开放的磁阱的基础研究提出了传统的电子回旋共振（ECR）离子源的微调的新机会。这些装置广泛用于产生高电荷态离子的粒子束。在受控湍流状态下操作离子源允许增加吸收功率密度，并且因此增加由ECR表面包围的放电的密集部分中的体积等离子体能量含量，这导致高电荷状态离子的增强的束电流。我们报告的实验在ECR离子源在JYFL加速器实验室，其中采用一种新的方法，允许增加多电荷离子束电流高达两倍，例如95 $μ$ A的O $^{7+}$实现仅280 W的功率在11.56 GHz。一个理论模型支持和解释的实验结果。这项研究表明，受控湍流制度有可能提高现代高性能离子源的束流，包括最先进的超导设备。
2021-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Semi-analytic Shape Function of High-harmonic Electron Cyclotron Emission in Tenuous Plasma
半解析表达式的电子回旋辐射（ECE）形状函数的任意高次谐波开发。用易于积分的测试函数拟合${m}^{\mathrm{th}}$谐波ECE形函数的被积函数，该测试函数由等离子体温度$T_e$、谐波数$m$和发射角$θ$参数化。通过对任意情况下的试验被积函数与回归分析和归纳研究得到的拟合参数进行积分，得到了高次谐波ECE发射率的半解析公式。所开发的表达式匹配的数值积分ECE形状函数非常好，原始形状函数和半解析形状函数之间的整体差异进行评估。该表达式可用于高次谐波ECE谱的快速分析。
2018-07-24 physics.plasm-ph
Experiments with biased side electrodes in electron cyclotron resonance ion sources
电子回旋共振离子源（ECRIS）的高电荷态离子输出是由高约束等离子体的离子损失组成的。因此，感兴趣的离子的输出的增加总是约束的增加和损失的增加之间的折衷。径向方向），其对所需输出没有贡献。这在一个实验中得到了证明（使用日本NIRS的Kei ECRIS），其中通过正向偏置一组六个侧电极（沿侧向方向围绕等离子体）来静电减少径向损耗，这些侧电极附接（绝缘）到等离子体室的圆柱形壁。最近，在两个实验室中使用两种本质上不同的离子源进行了新的研究。在BioNano ECRIS（日本东洋大学）中，使用了不同的电极组;每个电极都可以单独偏置。在Atomki ECRIS（匈牙利），一个可移动的离轴侧电极在技术上应用于两个版本。测量结果表明，确实减少了离子损失，但不同的效率相比，偏置盘。
2015-01-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron-cyclotron plasma startup in the GDT experiment
本文报道了一种新的等离子体启动方案在气体动力学阱（GDT）磁镜装置。主要的5 MW中性束注入（NBI）等离子体加热系统发射到足够密集的等离子体靶（“种子等离子体”）中，其通常由电弧等离子体发生器供应。在报告的实验中，探索了一种不同的种子等离子体生成方法。电子回旋共振（ECR）加热系统的一个通道用于加热中性气体，并将等离子体密度提高到适合NBI捕获的水平。在短暂的过渡（约1 ms）后，放电变得基本上类似于由等离子体枪引发的标准放电。本文介绍了ECR加热过程中种子等离子体演化的放电方案和实验数据，以及入射微波功率，磁结构和中性气体压力的依赖关系。随后的高功率NBI放电的特点进行了研究，并与传统的方案进行了讨论。在GDT实验的基础上，建立了描述大尺度镜阱中ECR击穿和种子等离子体积累的理论模型。
2016-11-04 physics.plasm-ph
Broadening of Cyclotron Resonance Conditions in the Relativistic Interaction of an Intense Laser with Overdense Plasmas
研究了强磁场作用下稠密等离子体与强激光的相互作用。当环境磁场的回旋频率高于激光频率时，激光的电磁场被转换为沿着场线传播的哨声模式。由于哨声波的性质，激光穿透到没有截止密度的稠密等离子体中，通过回旋共振产生超热电子。结果表明，由于激光场加速的相对论电子的存在，在较宽的外场条件下，回旋共振吸收有效地发生。共振的环境场的上限与相对论激光强度的平方根成比例地增加。大振幅哨声波的传播可以提高等离子体加热和致密等离子体深处粒子加速的可能性。
2017-09-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ion cyclotron emission from fusion-born ions in large tokamak plasmas: a brief review from JET and TFTR to ITER
离子回旋辐射（ICE）是第一个集体辐射不稳定性，由约束聚变产生的离子驱动，从氘氚等离子体中观察到的JET和TFTR。ICE包括强烈的超热辐射，其在托卡马克等离子体的外中平面边缘处评估的多个离子回旋谐波频率处具有谱峰。ICE谱峰的测量强度与JET中测量的聚变反应性成线性比例。在其他大型托克马克等离子体中，ICE目前被用作快离子物理的指示器。ICE的激发机制是磁声回旋不稳定性（MCI）;在JET和TFTR的情况下，MCI是由一组中心出生的聚变产物驱动的，位于速度空间中的捕获通过边界内，其漂移轨道向外中平面边缘进行大的径向偏移。因此，在未来的实验中ICE的诊断开发部分依赖于对MCI的深入了解，并且计算等离子体物理的最新进展已经导致了大量的最新进展，在这里进行综述。
2014-10-22 physics.plasm-ph
Investigation of bremsstrahlung emission in an electron cyclotron resonance ion source and its dependence on the magnetic confinement
本文利用高统计量蒙特卡罗模拟研究ECRIS轫致辐射X射线温度对轴向磁约束的依赖，验证其与Bmin相关而与Bext无关，并阐明热电子群形成机制。
2025-01-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coherence of ion cyclotron resonance for damping ion cyclotron waves in space plasmas
离子回旋共振是无碰撞等离子体中通过场-粒子相互作用实现能量转换的基本过程之一。然而，离子回旋共振的关键证据（即，电磁场和离子相空间密度之间的相干性）以及由此产生的离子回旋波（ICW）的衰减。通过对磁层多尺度（MMS）卫星对空间等离子体的高质量测量，发现波电磁场矢量和扰动离子速度分布的体速度都围绕背景磁场旋转。此外，我们发现，在离子速度分布函数和波电场矢量的波动中心之间的绝对陀螺相位角差落在（0，90）度的范围内，与正在进行的能量转换从波场粒子。通过调用等离子体动力学理论，我们证明了场粒子相关的阻尼离子回旋波在我们的理论模型与我们的观察相匹配。波电场矢量（$δ\mathbf{E'}_{\mathrm {wave,\perp}}$）、离子电流密度（$δ\mathbf{J}_\mathrm {i,\perp}$）和能量转移率（$δ\mathbf{J}_\mathrm {i,\perp}\cdot δ\mathbf{E'}_{\mathrm {wave,\perp}}$）均呈现准周期振荡，电磁场对离子的积分功为正，表明离子主要由电场的垂直分量通过回旋共振激发.因此，我们对MMS观测和动力学理论的综合分析为空间等离子体的ICW阻尼提供了直接、深入和全面的证据。
2022-02-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Towards explanation of the two-frequency heating effect in electron cyclotron ion sources
镜面磁场中电子回旋共振（ECR）加热的准线性模型预言了双色波情况下电子分布函数的本质加宽。这可以稳定电子-回旋频率范围内的动力学不稳定性，导致ECR离子源的性能改善，该效果在许多独立实验中观察到。
2020-12-02 physics.plasm-ph
Photoelectron Emission from Metal Surfaces Induced by Radiation Emitted by a 14 GHz Electron Cyclotron Resonance Ion Source
光电子发射测量已使用室温14 GHz ECR离子源。结果表明，从Al，Cu，和不锈钢（SAE 304）表面，这是常见的等离子体室材料的光电子发射，主要是由从等离子体发射的能量在8 eV和1 keV之间的辐射引起的。等离子体的特征X射线发射和韧致辐射对光电子发射的贡献可以忽略不计。从测量的数据估计，来自等离子体室壁的最大可能的光电子通量是从等离子体估计的总电子损失的10%的量级。
2015-09-01 physics.plasm-ph
On linear coupling of acoustic and cyclotron waves in plasma flows
研究发现，在磁化的静电等离子体流中，速度剪切耦合离子声波和离子回旋波，并导致在有利的条件下，它们的有效的相互转换。结果表明，在二维的设置，这种耦合有一个显着的功能：它是由方程，完全类似于那些描述的耦合声波与内部重力波[Rogava和Mahajan：物理学评论E卷55，1185（1997）]在中性流体流动。使用另一个值得注意的量子力学类比，我们计算转换系数，并给出充分的分析，定量描述的耦合效率低剪切速率的流动。
2004-11-26 physics.geo-ph physics.plasm-ph
Coulomb collisions in strongly anisotropic plasmas II. Cyclotron cooling in laboratory pair plasmas
本文考虑了强磁化的电子-正电子碰撞等离子体的行为，它对回旋辐射是光学薄的，并计算了它在系统中不同时间尺度上的分布函数。特别注意的限制，其中碰撞时间超过辐射发射时间，使电子分布函数强烈各向异性。事实上，这些正是目前正在开发的第一个实验室正负电子等离子体实验可能达到的确切条件，这些实验通常具有非常低的密度，并被限制在非常强的磁场中。强磁化的限制增加了一个额外的复杂性，因为长程库仑碰撞通常可以忽略不计，现在必须考虑。一个严格的碰撞算子，这些远程碰撞从来没有写下来。然而，我们表明，碰撞散射可以占不知道这个碰撞算子的明确形式。辐射发射率的计算和它被发现，从等离子体的能量的损失是成正比的平行碰撞频率乘以一个因素，只依赖于等离子体参数。也就是说，这是一个自加速过程，意味着大部分能量将在几次碰撞中损失。我们表明，在一个简单的情况下，直场线的几何形状，有没有不稳定的漂移波在这样的等离子体，尽管远离麦克斯韦。
2020-09-08 physics.plasm-ph
Non-inductive plasma current sustainment with stochastic electron cyclotron in EXL-50 spherical torus
本文首次用电子回旋波在球形圆环上实现了随机波无感电流的启动和维持。等离子体电流对ECW的注入角度不敏感，与X射线光谱的斜率近似线性相关。其方向由垂直磁场（BV）决定。具有特定能量的X射线韧致辐射光子的数量的时间发展与随机加热模型是一致的。此外，在正常条件下（最大等离子体电流：150 kA，ECW：140 kW），ECW的安培与瓦特的比率通常>1 kA/kW。用随机电磁波中不对称电子速度分布的随机加热模型解释了实验结果。
2021-09-02 physics.plasm-ph
Three modes of the shear-flow-driven ion cyclotron instability
研究了磁场取向剪切等离子体流中静电剪切流驱动的离子回旋不稳定性。结果表明，剪切流驱动的静电离子回旋不稳定性可以看作是离子动力学、离子流体动力学和电子动力学三种不同的不稳定性的组合。这些不稳定性中的每一个在沿着磁场的不同波长范围中占主导地位。线性化色散方程求解的限制内的长波和短波沿磁场的电子和离子的影响，分别占主导地位的发展，这些不稳定性。得到了耦合磁场中流速切变和波数的失稳激励的一般判据。
2011-01-14 physics.plasm-ph
HYPIC: A fast hybrid EM PIC-MCC code for ion cyclotron resonance energization in cylindrical coordinate system
本文提出了名为 HYPIC 的二维混合电磁 PIC-MCC 模拟程序，通过结合绝热电子近似与 PIC 离子，在较低计算成本下快速模拟了直线装置中的天线-等离子体相互作用及离子回旋共振能量化过程。
2024-01-10 physics.plasm-ph
Field structure and electron life times in the MEFISTO Electron Cyclotron Resonance Ion Source
对位于伯尔尼大学的永磁电子回旋共振（ECR）离子源MEFISTO的复磁场进行了数值模拟。第一次在2.45 GHz和87.5 mT的电子回旋共振合格的磁化体积进行了分析，在高度详细的三维模拟与前所未有的分辨率。对25211个电子轨迹进行了数值模拟，得到了新的结果。从场分布和电子轨迹分布上证实了六极约束ECR源具有明显的离子溅射三叉戟特征。此外，发现了意想不到的长电子轨道寿命。
2008-02-01 physics.plasm-ph
Statistical equilibrium and ion cyclotron absorption/emission in strongly magnetized plasmas
计算了强磁场B作用下电子-质子等离子体中质子朗道能级间的跃迁率。考虑了电子-质子碰撞和质子-质子碰撞。详细分析了一阶回旋吸收和二阶自由-自由吸收和散射对谱线强度、形状和连续谱的影响。我们求解了质子朗道能级布居的统计平衡方程。当温度\sim为10^6-10^7 K时，质子布居数与LTE的偏差在密度ρ< 0.1 B_{14} ^{3.5} g cm^{-3}时是明显的，其中B_{14} =B/（10^{14} G）。给出了在各种物理条件下等离子体发射率和吸收系数的一般公式。我们的结果对于研究强磁化中子星附近质子/离子回旋谱线形成的可能性和条件是有用的。
2007-01-10 astro-ph physics.plasm-ph
Cyclotron cooling to cryogenic temperature in a Penning-Malmberg trap with a large solid angle acceptance
由电子或正电子组成的磁化非中性等离子体通过回旋辐射耦合到局部微波环境。平衡等离子体温度取决于回旋频率附近的微波能量密度。在ASACUSA的Cusp阱中采用了细铜网和低温微波吸收材料来降低辐射环境的有效温度，从而显著降低了等离子体温度。
2022-03-28 physics.plasm-ph
Topology of the Warm plasma dispersion relation at the second Harmonic Electron Cyclotron Resonance Layer
对于电子回旋共振频率范围内的波，热等离子体色散关系可以被转换成$N_\perp$的双二次方程的形式，其中系数是$N_\perp^2$的函数，并且需要迭代过程来获得解。然而，这种迭代过程没有得到很好的理解，并且未能收敛到二次谐波共振层处的解。特别是在波可以耦合到电子伯恩斯坦波的更高密度下。本文着重于解决迭代法收敛性差的问题，使确定的拓扑结构的色散关系周围的二次谐波使用完全相对论代码斜波。提出了一种前馈控制器，该前馈控制器具有在复平面内调节$N_\perp^2$的步长的旋转的能力，同时还限制步长。结果表明，控制器的实施稳定不稳定的解决方案，同时提高整体的迭代鲁棒性。这允许在第二谐波电子回旋共振层的快速非常模式和电子伯恩斯坦波之间的耦合的评价，对于非垂直传播的波。
2020-10-16 physics.plasm-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
Influence of bounce resonance effects on the cyclotron wave instabilities in dipole magnetospheric plasmas with anisotropic temperature
本文推导了具有双麦克斯韦和双洛伦兹分布函数的轴对称偶极磁层等离子体中场向回旋波的色散方程。为了评估俘获粒子对横向电流密度分量的贡献，使用与守恒积分相关联的切换到新变量的标准方法求解Vlasov方程;引入新的类时变量（而不是地磁纬度角）来描述捕获粒子沿地磁场的反弹运动;扰动的电场和电流密度分量在地磁场线的长度上被傅立叶分解。其结果是，横向介电常数元素表示的反弹谐振项，包括在速度空间中的双重积分，谐振器，和相应的相位系数的总和。由于地磁场的非均匀性，磁层等离子体中的波粒共振条件与直磁场中的波粒共振条件完全不同，电场的全谱都存在于给定的电流密度谐波中，左右极化波相互耦合。为了与直磁场中回旋波的线性理论进行类比，我们假设电场的n次谐波对电流密度的n次谐波有主要贡献，并且左、右极化波的连接很小。在这种情况下，回旋波的色散方程具有最简单的形式，并且适合于分析电子回旋波和离子回旋波的不稳定性。
2004-10-08 physics.plasm-ph
Some Aspects of Electron Dynamics in Electron Cyclotron Resonance Ion Sources
利用Particle-In-Cell程序结合离子动力学的模拟，对电子回旋共振离子源中的电子动力学进行了数值模拟。平均电子能量被发现是70千电子伏左右，接近的值是来自X射线发射的源的光谱。电子寿命由电离碰撞中产生的低能电子的损失定义;损失由电子加热速率调节，这取决于微波电场的大小。模拟了离子约束随微波电场和气流变化的变化。讨论了电子动力学对余辉和双频加热效应的影响。
2017-02-01 physics.plasm-ph
Kinetic analysis of spin current contribution to spectrum of electromagnetic waves in spin-1/2 plasma, Part II: Dispersion dependencies
本文第一部分根据六维相空间中自旋1/2量子动力学模型导出的自旋极化等离子体的介电磁导率张量，用于研究垂直于外磁场传播的高频横波和横纵波的频谱。研究了电场方向平行于外磁场的回旋波。结果表明，自旋的分离演化改变了回旋波的频谱。这些变化随着自旋极化率和回旋共振数的增加而增加。不考虑反常磁矩的自旋动力学也给出了谱的相当大的修正。反常磁矩的帐户导致每个回旋共振的精细结构。每个回旋共振分裂成三个波。详细研究了第一和第二回旋波的频谱及其随自旋极化的变化。还描述了由于反常磁矩而在$ω\approx0.001\midΩ_{e}\mid$处存在的回旋共振，其中$\midΩ_{e}\mid$是回旋频率。普通波没有任何显著的变化。在分析波垂直于外磁场传播时，研究了静电和电磁Berstein模，其中电场扰动方向垂直于外场。平衡自旋极化引起的振荡结构的修改被发现在这两个制度。对非常波谱也作了类似的修正。
2016-10-31 physics.plasm-ph
Upper-hybrid and electron-cyclotron waves in a laboratory magnetoplasma: weak spatial dispersion and parametric effects
本文研究了冷（Te=0.5eV）、大（长1.2m，直径70 cm）、均匀的麦克斯韦实验室磁等离子体在上混合频率范围内的短波等离子体波辐射。虽然空间色散的特征参数b2= VTe 2/c2很小（b2<10-6），但等离子体电子的热运动强烈地改变了上混合等离子体波的色散特性。实际上，只有当参数范围同时满足两个不等式：wc<w<2 wc，wp<w<wuh时，才能观察到UH等离子体波的共振锥状色散。在此参数范围内，在谐振方向上的最大折射率已被发现限制在nmax~15;新的UH模式，其色散由锥形折射决定已被发现在附近的上混合谐振（w=wuh）。在w<2 wc，wp<w<wuh处的波色散不符合冷等离子体近似，而是由沿环境磁场传播的热等离子体波决定的。特别注意的是在电子回旋共振附近的波的传播特性。当两个电磁波（w1=wc，w2=wc+Dw）同时传播时，当Dw近似等于较低的混合频率时，观察到一个有趣的减小电子回旋阻尼的效应。这种效应可以用三波参量过程来解释，类似于三能级原子系统中的电磁感应透明效应。减少电子回旋阻尼作为泵波的拍频和振幅的函数被广泛研究。讨论了所观察到的效应在等离子体物理和电子学中的可能应用。
2004-10-20 physics.plasm-ph
Fast particle-driven ion cyclotron emission (ICE) in tokamak plasmas and the case for an ICE diagnostic in ITER
离子回旋频率范围内的快粒子驱动波（离子回旋辐射或ICE）为许多托卡马克装置中的受限和逃逸快离子提供了有价值的诊断。这是一种被动的、非侵入性的诊断方法，与ITER中氘氚等离子体的高辐射环境兼容，可以提供有关该设备中聚变α粒子和束离子的重要信息。在JET中，来自受限聚变产物的ICE与聚变反应速率的比例线性超过6个数量级，并提供了α粒子约束接近经典的证据。在TFTR中，从等离子体边缘的超Alfvénic α粒子中观察到ICE。DIII-D中的束驱动ICE的强度与鱼骨激发期间的中子速率下降的相关性比来自更直接的束离子损失诊断的信号更强。在ASDEX Upgrade中，ICE由超Alfvénic DD聚变产物和亚Alfvénic氘束离子产生。
2014-12-12 physics.plasm-ph
Conceptual design of first toroidal electron cyclotron resonance ion source and modeling of ion extraction from it
电子回旋共振离子源（ECRIS）通过采用更强的磁场（有利于约束）和成比例地更高的ECR频率而发展到越来越高的离子电流和电荷状态。进一步的改进需要达到与主要聚变实验相当的密度、温度和约束时间的"三重乘积"。为此，我们提出了一种新的，环形而不是线性，ECRIS的几何形状，这将在同一时间提高约束，并更好地利用磁场。离子提取比从线性装置更复杂，但可行的，因为我们的建模表明：单粒子示踪显示成功提取至少两种技术，分别利用磁提取器和ExB漂移。其他技术进行了简要讨论。
2015-02-02 physics.plasm-ph
Investigating the effects of electron bounce-cyclotron resonance on plasma dynamics in capacitive discharges operated in the presence of a weak transverse magnetic field
最近，S Patil等人报道了当在平行于其电极施加的弱外部磁场存在下由非常高的射频（60 MHz）源驱动低压（5 mTorr）电容耦合放电（CCP）时存在增强的操作状态。他们的Particle-in-Cell（PIC）模拟表明，当电子回旋频率等于给定固定电压的所施加RF频率的一半时，可以在电极处实现显著更高的体等离子体密度和离子通量。在目前的工作中，我们需要详细了解这种现象，并进一步描绘这种“电子反弹回旋共振（EBCR）”的电子和离子动力学系统的效果。我们发现在共振条件下，电离碰撞率和随机加热最大。电子能量分布函数还表明，对于EBCR最大的情况，尾端电子的布居最高。在较低的施加磁场值下，也可以看到体等离子体区域中电场瞬变的形成。最后，我们证明了EBCR诱导效应是一个低压现象，随着中性气体压力的增加而减弱。这种效果的潜在效用，以提高CCP设备的操作性能，用于工业目的进行了讨论。
2022-04-12 physics.plasm-ph
Quasilinear diffusion coefficients in a finite Larmor radius expansion for ion cyclotron heated plasmas
本文导出了托卡马克中离子回旋波频率范围内麦克斯韦方程组与福克-普朗克方程自洽耦合的小拉莫尔半径近似准线性扩散简化模型。简化模型通过Kennel-Engelmann扩散保证了完整模型的重要性质，如扩散方向、波偏振和H定理。的动能变化（W点）是用来推导出的基本阻尼和二次谐波阻尼的有限拉莫尔半径展开的最低阶的减少模型扩散系数。准线性扩散系数在具有介电张量等效约化模型的耦合代码（TORIC-CQL 3D）中实现。我们还提出了模拟ITER少数加热的情况下，在其中的简化模型进行了验证，在允许的误差范围内从完整的模型结果。
2017-04-24 physics.plasm-ph
Power transport efficiency during O-X-B 2nd harmonic electron cyclotron heating in a helicon linear plasma device
本工作的主要目的是报告在将微波束（在28 GHz时< 70 kW）倾斜注入高功率（在13.56 MHz时约为100 kW）过密（n_e>1E10^19 m^（-3））氘螺旋等离子体柱的过程中，耦合到Proto-MPEX装置中的钨靶的功率。详细描述了实验装置、电子加热系统、电子加热方案和用于量化功率传输的红外热像诊断。结果表明，通过调节磁场分布可以有效地控制传输到靶的功率。使用这种方法，热通量高达22 MWm-2和功率传输效率在17-20%的范围内已实现使用70千瓦的微波功率。据观察，大部分的热通量被限制在一个狭窄的区域在等离子体的周边。光线追迹计算表明，功率耦合到等离子体电子通过O-X-B模式转换过程。计算表明，微波能量在等离子体外围通过碰撞被吸收，在过密区通过电子伯恩斯坦波的二次谐波回旋共振被吸收。这些结果的影响进行了讨论的背景下，MPEX。
2022-01-07 physics.plasm-ph
On O-X mode conversion in a cold magnetized 2D inhomogeneous plasma in the electron cyclotron frequency range
本文导出了一组简化的偏微分波动方程，该方程适用于转换层靠近O模截止面的情况，并考虑了磁场的二维不均匀性，且不限制环向和磁场方向之间的夹角。给出了导出方程组的解的积分表示。对于O模截止面与X模截止面夹角较小的特殊情况，得到了电场分量和转换系数的显式表达式，并详细讨论了其性质。
2006-09-27 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Recovering the damping rates of cyclotron damped plasma waves from simulation data
频率接近等离子体中带电粒子特定陀螺频率的等离子体波由于回旋加速器阻尼而损失能量。我们简要地讨论了低频等离子体波和离子的回旋共振，特别是关于粒子在细胞（PiC）模拟。概述了一种设置，它使用人工激发波的波模式的色散关系的阻尼制度，以跟踪波的电磁场的阻尼。直接从实空间或傅立叶空间的现场数据中提取阻尼率是一项复杂而重要的任务。因此，我们提出了一个简单的方法，从模拟数据获得的阻尼率Γ。详细描述了这种方法，重点是对行动过程的逐步解释。在第一个应用程序的测试模拟，我们发现，从这个模拟得到的阻尼率一般是在良好的协议与理论预测。然后，我们比较了一维，二维和三维模拟设置和模拟与不同的物理参数集的结果。
2017-02-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electromagnetic ion cyclotron instability stimulated by the suprathermal ions in space plasmas: A quasi-linear approach
在贫碰撞空间等离子体中，垂直于背景磁场方向上具有过剩动能或温度的质子会激发电磁离子回旋（EMIC）不稳定性。这种不稳定性预计是高度敏感的超热质子，这提高了所观察到的速度分布的高能量的尾巴，以及再现的（双）卡帕分布函数。在本文中，我们提出了一个改进的准线性（QL）方法的结果，能够描述超热质子的EMIC不稳定性的扩展时间演化的影响。结果表明，超温流对EMIC不稳定性有系统的刺激作用，不仅使不稳定波数的增长率和范围增大，而且使饱和时的磁涨落能量密度增大.实际上，各向异性温度的弛豫也变得更有效，即，在时间上更快，更接近于各向同性。
2020-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Anisotropic Electron Heating in an Electron Cyclotron Resonance Thruster with Magnetic Nozzle
在带有发散磁喷管的无栅ECR等离子体推力器中，加速正离子的双极场的大小取决于电子获得的垂直能量。本文考虑电子在磁镜力和推力器静电势形成的封闭阱中的弹跳运动，研究了电子被电磁波加热的问题。采用PIC程序模拟了磁场管中的等离子体。该代码的Maxwell求解器基于称为约束插值轮廓（CIP）的半拉格朗日方案，该方案可以实现更大的时间步长。结果表明，各向异性等离子体加热只发生在同轴腔室内部，沿多普勒展宽区。它还表明，具有较大的垂直能量的电子被捕获的人口存在于羽。
2023-01-26 physics.plasm-ph
