Experimental Measurements of Ion Heating in Collisional Plasma Shocks and Interpenetrating Supersonic Plasma Flows
我们提出了时间分辨测量离子加热由于碰撞等离子体冲击和互穿的超音速等离子体流，这是由两个同轴枪形成的等离子体射流的倾斜合并。我们的研究是重复使用四个喷流物种：N，Ar，Kr，和Ar。在喷流之间的相互渗透小的条件下，所观察到的峰值离子温度Ti与碰撞等离子体激波理论的预测是一致的，示出了一个大幅度的海拔Ti以上的电子温度Te和随后的减少Ti上的经典的离子-电子温度平衡的时间尺度。在喷流之间的相互渗透的条件下，这样的冲击并不明显形成，所观察到的峰值Ti仍然是可观的，大于Te，但远低于碰撞等离子体激波理论预测的。实验结果与多流体等离子体模拟进行了比较。
2018-09-27 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of collisionless shock formation via head-on merging of two laboratory supersonic plasma jets
我们描述了数值模拟，使用粒子在细胞（PIC）和混合PIC代码Lsp [T。P. Hughes等人，物理修订版ST加速Beams 2，110401（1999）]，两个实验室超音速等离子体射流的迎面合并。这些实验的目的是在实验室中形成和研究与天体物理学有关的无碰撞冲击。使用等离子体射流的初始条件（密度约为10^14-10^16 cm^（-3），温度约为几eV，传播速度约为20-100 km/s），射流传播的大规模模拟表明，在合并区域，两股射流之间的相互作用基本上是无碰撞的。在高分辨率的一维和二维模拟中，我们表明，无碰撞冲击所产生的合并射流时，沉浸在施加的磁场（B ~ 0.1-1千克）。在预期的等离子体射流速度高达100 km/s时，我们的模拟不会产生非磁化的无碰撞冲击，这需要更高的速度。磁场的方向以及射流的轴向和横向密度梯度对相互作用的性质具有强烈的影响。我们比较我们的一些模拟结果与以前发表的PIC模拟研究的无碰撞冲击波的形成。
2013-05-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The in-gas-jet laser ion source: resonance ionization spectroscopy of radioactive atoms in supersonic gas jets
提出了在不同类型的超音速气体射流中对放射性原子进行有效和选择性分步共振电离光谱（RIS）的新方法。这一新的应用导致了在鲁汶大学开发的In-气体激光器电离和光谱（IGLIS）方法的重大扩展。与目前进行的气室电离光谱相比，在超音速气体射流中实施共振电离可以将光谱分辨率提高一个数量级。超声光束的属性，从拉伐尔，穗，和自由射流喷嘴是重要的减少在寒冷和低密度环境中的谱线展宽机制进行了讨论。对激光辐射和真空抽气系统的要求也进行了研究。最后，在超音速自由射流的高分辨率光谱的第一个结果，327.4 nm的3d^{10}4s^{2} S_{1/2} \rightarrow 3d^{10}4p^{2} P_{1/2}过渡稳定的63 Cu同位素使用放大的单模激光辐射。
2012-11-28 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Experimental Study of Ion Heating in Obliquely Merging Hypersonic Plasma Jets
在这个实验中，我们测量离子温度演化的碰撞等离子体冲击和碰撞超音速等离子体流在一系列的物种（Ar，Kr，N2，N），马赫数，和碰撞。激波是通过等离子体射流驱动的磁惯性聚变（PJMIF）中离散等离子体射流的碰撞形成的。我们观察到近经典的离子冲击加热和离子-电子平衡，达到与碰撞冲击加热一致的峰值温度。我们还观察到的情况下，这种加热发生在一个光滑的合并结构，由于显着的等离子体射流的相互渗透密度梯度降低。在PJMIF内衬的应用中，我们发现，由于离子冲击加热的马赫数退化将可能不会显着在典型的全尺寸条件下提出，和一定程度的相互渗透可能是一个有吸引力的条件PJMIF和类似的方法，寻求形成统一的合并结构从离散的超音速等离子体射流。
2019-05-06 physics.plasm-ph
Radiative cooling effects on reverse shocks formed by magnetised supersonic plasma flows
本研究针对反向线阵列驱动的磁化超声速等离子体流与障碍物碰撞形成的反向激波，通过多种诊断手段发现不同金属丝材料的激波结构差异显著，其成因与辐射冷却不稳定性及热传导的作用相关。
2023-08-07 physics.plasm-ph
Observation of ionization-mediated transition from collisionless interpenetration to collisional stagnation during merging of two supersonic plasmas
我们提出了空间和时间分辨的实验数据的头上合并，超音速等离子体射流（氩/杂质混合物）在最初的碰撞制度逆流离子。合并开始于无碰撞的相互渗透，然后过渡到碰撞停滞。这种跃迁是由于实验推断的平均电离能级的上升，使逆流离子-离子平均自由程迅速减小，从而解释了无碰撞相互作用向碰撞相互作用跃迁的一种特殊机制，并对具有复杂状态方程的等离子体的碰撞性和电离模型进行了约束.
2015-05-01 physics.plasm-ph
Modeling of Supersonic Radiative Marshak waves using Simple Models and Advanced Simulations
我们研究的问题，辐射热（Marshak）波使用先进的近似方法。传播到材料中的超声辐射Marshak波是辐射主导的（即流体动力学运动可以忽略不计），并且可以由玻尔兹曼方程描述。然而，精确的热辐射转移问题是一个非平凡的问题，仍然存在着一个需要的近似是简单的解决。不连续渐近$P_1$近似，这是一个渐进的$P_1$和不连续渐近扩散近似的组合，在以前的工作中通过理论基准测试。在这里，我们分析了一个基本的和典型的实验中的超声Marshak波传播的低密度$\mathrm{SiO_2}$泡沫圆柱体，嵌入在黄金的墙壁。首先，我们提供了一个简单的分析模型，掌握了主导物理系统的主要影响。我们发现，基于对问题中所涉及的不同辐射温度的仔细观察，控制系统的物理学被一个简单的一维效应所支配。该模型完成了主要的二维效果，这是由能量损失的黄金墙壁。其次，我们研究的有效性的不连续渐近$P_1$近似，比较精确的模拟具有良好的精度。具体而言，热锋位置作为时间的函数是完美地再现相比，精确的玻尔兹曼解决方案。
2018-09-12 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.plasm-ph
Supersonic-subsonic transition region in radiative heat flow via self-similar solutions
利用近似自相似解研究了热稠密等离子体中辐射驱动热波的辐射流体力学流动。具体地说，我们已经集中在纯辐射超音速流和纯亚音速制度之间的中间制度。这两个区域都使用精确自相似解和数值模拟进行了研究，然而，大多数研究都使用数值模拟，主要是因为辐射热波和激波区域并不完全自相似。在一项里程碑式的工作中[J. Garnier等人，物理学，13，092703（2006）]，发现对于特定的幂律依赖性温度分布，存在唯一的精确自相似解，其对于所有物理状态都有效。在这项工作中，我们近似卡尼尔的精确解的一般幂律温度依赖性，使用简单的分析考虑。这种近似的解决方案产生了良好的协议相比，数值模拟的不同的热力学配置文件在预期的有效性范围内。此外，我们提供了一个近似的解决方案，在物质中吸收的能量，再次，一般的幂律温度分布。我们的近似自相似的解决方案的能量产生非常好的结果相比，精确的数值模拟的黄金和$\mathrm{Ta_2O_5}$。我们还设置了一个比较我们的自相似的解决方案与辐射温度测量的实验结果，在一个黑腔中的低密度泡沫，直接解决，到中间政权，产生了良好的协议和类似的趋势。不同的模型以及数值模拟是分析超音速-亚音速转捩区的有力工具。
2022-05-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effect of Nozzle Curvature on Supersonic Gas Jets Used in Laser-Plasma Acceleration
缩放喷管产生的超音速气体射流是激光等离子体加速实验中常用的靶。这些目标的一个主要兴趣点是相互作用区域的气体密度，在该区域中，激光电离气体羽流以产生等离子体，从而提供加速结构。在这个相互作用区域调整密度分布是LPA优化的关键。在该相互作用线处期望“平顶”密度分布以控制激光传播和高能电子加速，而短的高密度分布通常优选用于加速较低能量的紧密聚焦的激光-等离子体相互作用。一个特殊的设计参数是喷嘴的扩张部分的曲率。我们研究了三种不同曲率的喷嘴设计：凹“钟”，直锥形和凸“喇叭”喷嘴。我们证明，在毫米级的距离从喷嘴出口，喇叭和直喷嘴，如果优化，产生“平顶”密度分布，而钟形喷嘴创建具有较高密度的气体的集中区域。导出了喇叭形喷管的优化方法，并与直喷管的优化方法进行了比较。我们发现，喇叭形喷嘴，通过其曲率提供一个额外的控制参数，是更通用的创建平顶轮廓和其优化过程是更精细的直喷嘴和直喷嘴优化过程相比。我们提出了不同的喷嘴设计的计算流体动力学（CFD）与程序ANSYS Fluent进行模拟的结果，并使用中性密度干涉法进行实验验证。
2021-09-15 physics.acc-ph physics.app-ph physics.flu-dyn
Experiments to investigate the effects of radiative cooling on plasma jet collimation
进行了辐射冷却对等离子体射流影响的初步实验研究。薄（3 μ m- 5 μ m）锥形壳体用强激光照射，驱动速度> 100 km/s的射流。通过使用不同的目标材料-铝，铜和金-辐射损失的程度被改变，和他们的重要性射流准直调查。一些时间resoved光学诊断，提供有关射流演变的信息。金射流被认为是窄于那些从铜目标，而铝目标产生的准直流量最少。
2010-11-03 physics.plasm-ph
Symmetric and asymmetric shocked gas jets for laser-plasma experiments
超音速流中的激波提供了高密度和急剧的密度梯度，例如，可用于激光等离子体加速器中的梯度注入。我们报告的参数研究的斜激波插入一个直的轴对称部分在超音速“拉瓦尔”喷嘴的末端。通过计算流体动力学（CFD）模拟研究了不同参数（如喉部直径和直段长度）的影响。冲击喷嘴的实验特性进行了比较，CFD模拟，发现是在良好的协议。然后，我们介绍了一种新设计的非对称冲击气体射流，其中直线部分只存在于喷嘴的一侧，从而提供了一个气体轮廓，可用于密度过渡注射。在这种情况下，全三维流体模拟和实验测量进行了比较，并显示出良好的协议。
2021-03-23 physics.flu-dyn physics.ins-det physics.plasm-ph
Modelling magnetically dominated and radiatively cooling jets
采用三维MHD欧拉网格数值模拟方法，研究了上升磁塔在周围介质中传播的形成和演化过程。这些塔是由纯磁能的局部注入产生的。等离子体上不施加旋转。我们比较了辐射冷却塔和绝热冷却塔的演化，发现两者都是由于箍缩不稳定性而弯曲的。在辐射冷却的情况下，准直更强;绝热塔倾向于径向膨胀。在这些塔和实验室实验中产生的毫米级磁塔之间发现了结构相似性。
2010-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Radiative relativistic turbulence as an in situ pair-plasma source in blazar jets
本研究探讨了耀变体喷流中磁化辐射相对论湍流如何通过高能光子吸收产生正负电子对，揭示了粒子加速与辐射冷却达到平衡的新机制，为理解喷流物质组成提供了重要联系。
2025-04-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Formation of Episodic Magnetically Driven Radiatively Cooled Plasma Jets in the Laboratory
我们报告的实验中，磁驱动的辐射冷却等离子体射流产生的1 MA，250纳秒的电流脉冲的MAGPIE脉冲功率设施。这些射流是由环形磁场的压力驱动的，呈“磁塔”状。这种情况的特点是形成一个磁准直等离子体射流的轴上的磁“气泡”，由周围介质的限制。使用的径向金属箔，而不是在我们以前的工作中采用的径向线阵列允许产生的情节磁塔流出，出现周期性的时间尺度为~30 ns。随后的磁泡以约300 km/s的速度传播，并与先前的喷发相互作用，导致形成冲击。
2009-04-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Mega-Gauss Plasma Jet Creation Using a Ring of Laser Beams
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Rice University（莱斯大学）；Laboratory for Laser Energetics（激光能学实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Chicago（芝加哥大学）；General Atomics（通用原子能公司）
该研究利用20束OMEGA激光束照射扁平塑料靶产生等离子体射流，其具有独特特性，无量纲参数与年轻恒星射流相同，能为研究天体物理射流等提供新平台，可在可控条件下研究相关等离子体过程。
2026-07-08 physics.plasm-ph
Development of a platform for experimental and computational studies of magnetic and radiative effects on astrophysically-relevant jets at OMEGA
本文介绍 OMEGA 激光装置上的新实验平台，可产生高速、高纵横比且柱对称的天体物理相关喷流，以受控实验和直接测量弥补天文观测不足。
2024-01-19 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.plasm-ph
Increase of the Density, Temperature and Velocity of Plasma Jets driven by a Ring of High Energy Laser Beams
由多束高能激光（如Omega和NIF）驱动的超音速等离子体外流已经并将被用作各种实验室天体物理实验的平台。在这里，我们提出了一种新的方式发射高密度和高速度，等离子体射流使用多个强激光束在一个空心环的形成。我们表明，这样的喷气机提供了一个更灵活和多功能的平台，为未来的实验室天体物理实验。使用高分辨率的流体动力学模拟，我们表明，准直射流可以实现更高的密度，温度和速度时，多个激光束聚焦在目标上形成一个中空的环形图案，而不是聚焦到一个单一的点。我们进行了模拟与不同的环半径，并研究其对射流性能的影响。实验室无碰撞冲击实验的影响进行了讨论。
2013-04-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
R-JET: A postprocessing code for radiative transport in relativistic jets
本文介绍后处理辐射输运代码 R-JET，可计算任意光学厚度相对论喷流的光谱、核心位移与亮度分布，并通过测试和模型验证其结构预测能力。
2025-03-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic Beaming in Radiative Relativistic Magnetic Reconnection: A Mechanism for Rapid Gamma-Ray Flares in Jets
快速的伽玛射线闪焰造成了一个天体物理学难题，需要机制来加速高能粒子并产生快速观测到的变化。无碰撞相对论性磁重联可以满足这些双重要求。一方面，相对论重联可以激发伽马射线发射电子。另一方面，正如先前的动力学模拟所示，重连加速机制优先将高能粒子及其发射的光子聚焦成光束，当它们穿过望远镜的视线时，可能会产生快速的光点。使用一系列的二维对等离子体粒子在细胞模拟，我们明确地证明了辐射冷却介导的可观察到的签名，这种“动力学光束”的效果所发挥的关键作用。只有在我们有效冷却的模拟中，我们才能测量重联层超过一个光交叉时间的动力学光束。我们发现之间的相关性的冷却强度和光子能量范围内发生持续的动力学光束：更强的冷却与更广泛的光束光子能量。我们还将我们的研究结果应用于快速伽马射线耀斑的平谱射电类星体，这表明一个范例的辐射有效的动力学光束约束相关的排放模型。特别地，波束形成产生的可变性可以更容易地在两区（例如脊鞘）设置中实现，其中康普顿种子光子起源于射流本身，而不是在一区外部康普顿场景中。
2020-08-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experimental Studies of Magnetically Driven Plasma Jets
我们目前的实验结果上形成的超声速，辐射冷却射流驱动的压力，由于环形磁场所产生的1.5 MA，250 ns的电流从MAGPIE发电机。在实验中产生的射流的形态是相关的天体物理射流的情况下，轴上的磁腔的射流是由一个环形磁场准直，因为它扩展到周围介质。实验中的喷流具有与原恒星喷流相似的马赫数、等离子体β和冷却参数。此外，雷诺数、磁雷诺数和Peclet数都比1大得多，这使得实验可以按比例缩放到天体物理流动。实验配置允许产生的情节磁腔，这表明源附近的周期性波动可能是负责一些观测到的天体物理喷流的变化。初步测量的动能，磁场和坡印亭能量的射流在我们的实验中，提出和讨论，连同估计它们的温度和被困的环形磁场。
2010-12-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Self-similar solutions for the non-equilibrium nonlinear supersonic Marshak wave problem
本文提出了具有时间相关辐射驱动源的非线性非平衡超声速Marshak波问题的自相似解，通过灰体非平衡扩散模型将现有线性解扩展至非线性区域，并构建了标准化基准，与多种模拟对比验证了其作为代码测试问题的有效性。
2024-01-10 astro-ph.HE math-ph math.MP
