Single-Species Weibel Instability of Radiationless Plasma
在Darwin近似下，采用粒子模拟方法对稀疏等离子体中的电子韦伯不稳定性进行了数值模拟。结果，我们能够补充经典的不稳定性图像，特别是获得基本特征的依赖性（发展的时间和最大场能量）的热各向异性参数，追踪伴随着不稳定性的非线性阶段的电流细丝的动态重组，并详细追踪电子分量的初始各向异性的演变。等离子体
2010-06-28 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The effects of collisions on the generation and suppression of temperature anisotropies and the Weibel instability
膨胀的等离子体与非平行的温度和密度梯度，并通过Biermann电池产生磁场的建模使用粒子在细胞模拟，包括碰撞效应，通过蒙特卡罗方法。的碰撞程度的缩放表明，可以产生的各向异性，驱动的韦伯不稳定性，梯度尺度短于平均自由程。对于较大的碰撞率，比尔曼电池占主导地位的磁场产生的原因。当能量最大的粒子保持无碰撞时，能斯特效应会导致比尔曼场被热通量拖曳，堆积并增强。
2020-04-28 physics.plasm-ph
PIC Simulations of the Temperature Anisotropy-Driven Weibel Instability: Analyzing the perpendicular mode
用二维粒子模拟方法研究了单电子热各向异性驱动的不稳定性。这种不稳定性是一个考虑的韦伯和它不同的光束驱动的平行不稳定性。模拟结果与解析理论的比较提供了类似的指数增长率的磁场在线性增长阶段的不稳定性。我们观察到，按照以前的作品的增长电场在饱和阶段的不稳定性。这个电场的某些分量不能用线性化理论来解释。基于单流体的理论被用来确定这种非线性电场的来源。它表明，磁应力张量，在一维几何形状中消失，是更重要的，在这个2维模型在这里使用。电场增大到一定幅度，对电子产生的力与磁场相当。模拟平面中每个磁场分量的峰值能量密度与先前的估计一致。涡电流的发展，这使得第三磁场分量的幅度增长，这在一维模拟中没有观察到。
2010-06-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Weibel- and non-resonant Whistler wave growth in an expanding plasma in a 1D simulation geometry
该研究通过一维粒子模拟，发现膨胀等离子体中由热各向异性驱动的Weibel型与哨声波非共振增长，且振幅可探测。
2024-02-06 physics.plasm-ph
Temperature-dependent Saturation of Weibel-type Instabilities in Counter-streaming Plasmas
我们提出了第一个2X2 V连续Vlasov-Maxwell模拟的互穿，非磁化等离子体，研究两个流，斜，和双折射模式之间的竞争在弱相对论制度。我们发现，后非线性饱和的最快增长的双流和斜模式，有效的温度各向异性，驱动电流丝形成通过长期的韦伯不稳定性，有很强的依赖于逆流等离子体的内部温度。有效的温度各向异性是显着减少在较冷的等离子体比在较热的，导致数量级较低的磁化较冷的等离子体。韦伯型不稳定性的能量转换效率对内部束流温度的强烈依赖关系，对确定它们对许多天体物理和实验室等离子体观测到的磁化的贡献具有影响。
2019-02-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ion Channel Dynamics in Temperature-Dependent Weibel Instability Saturation
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
研究温度依赖的Weibel不稳定性饱和中的离子通道动力学，通过1X2V连续Vlasov-Maxwell模拟揭示离子通道合并对磁能和磁结构的影响，以及电子与离子热平衡差异的物理机制。
2026-04-25 physics.plasm-ph
Numerical study of Weibel instability driven by anisotropic electron temperature in collisionless plasmas
本研究针对无碰撞等离子体中电子温度各向异性驱动的Weibel不稳定性开展数值模拟，对比全动理学与离子动理-电子十矩流体的混合模型，验证了流体方法在大尺度系统中模拟该不稳定性的可行性。
2023-05-05 physics.plasm-ph
Mapping the self-generated magnetic fields due to thermal Weibel instability
在空间和实验室等离子体中，具有温度各向异性的韦伯型不稳定性都能自发产生和放大磁场。电子韦伯不稳定性通常被证明比其离子对应物更难测量，因为电子的惯性小得多，导致更快的生长速率和更小的特征波长。在这里，我们探讨了由于电子韦伯不稳定性的磁场分量和电流密度的二维分布的演变，在$\rm CO_2$电离的氢气（等离子体）与皮秒分辨率使用相对论电子束。我们发现，波数谱的磁场最初是广泛的，但最终收缩到一个狭窄的频谱占主导地位的准单模。测得的$k$ -解决增长率的不稳定性验证动力学理论。同时，微观等离子体电流的自组织被观察到放大电流调制幅度，其将等离子体热能的高达$\sim 1\%$转换成磁能。
2022-04-08 physics.plasm-ph
Fusion yield of plasma with velocity-space anisotropy at constant energy
速度空间各向异性可以显著地改变聚变反应性。这种修改的性质和幅度取决于等离子体温度，以及如何引入各向异性的细节。对于与熔合横截面的峰值相比足够冷的等离子体，各向异性分布倾向于具有比具有相同热能的各向同性分布更高的产率。在较高的温度下，相反，各向同性分布具有最高的产率。然而，这种行为的细节取决于该分布与各向同性麦克斯韦分布的不同。本文描述了具有与三维各向同性麦克斯韦分布相同的能量分布的各向异性分布函数类的各向异性对熔合产额的影响，并将这些结果与双麦克斯韦分布的产额进行了比较。在许多情况下，特别是对于稍低于反应堆状态温度的等离子体，各向异性的影响可能是实质性的。
2021-05-10 physics.plasm-ph
Observation of electromagnetic filamentary structures produced by the Weibel instability in laser-driven plasmas
本文介绍了用中等强度的$\sim 2 \times 10^{14}$ W/cm $^2$，$\sim1$ ns激光产生的膨胀高能量密度（HED）等离子体中电子尺度结构的实验观察。观察到的结构具有与电子驱动的韦伯不稳定性一致的波长（$\sim 150-220 μm$）和生长速率（$\sim 0.4-1.0$ ns $^{-1}$），其中电子分布的各向异性小，即$A\sim 0.002$。这种不稳定性被认为是一个更好的匹配所观察到的现象比其他典型的场产生机制中发现的HED等离子体，包括逆流离子韦伯和磁热不稳定性。这些观察实验表明，第一次，电子韦伯不稳定性必须被认为是与其他磁场的产生和放大机制，在扩大烧蚀等离子体，这是无处不在的HED研究。它们还提供了物理学的洞察力，在大规模天体物理等离子体中产生磁场。此外，磁功率谱的检查表明，在低于电子拉莫尔半径的尺度上，可能与分析陀螺动力学预测$|B_k|^2\propto k^{-16/3}$匹配。
2022-09-06 physics.plasm-ph
Nonlinear Saturation of the Weibel Instability in a Dense Fermi Plasma
本文研究了具有各向异性费米-狄拉克分布的稠密等离子体中强磁场的产生。为此，我们对Wigner-Maxwell稠密量子等离子体系统中的横波采用了一种新的线性色散关系。色散关系的数值分析揭示了作为费米能和温度各向异性的函数的生长速率的缩放。通过完全动力学模拟发现了磁场的非线性饱和水平，这表明磁场的最终幅度与不稳定性的线性增长率成正比。这些结果对于理解稠密费米等离子体中强磁场的起源，例如下一代强激光-固体密度等离子体实验中的强磁场起源具有重要意义。
2008-03-07 physics.plasm-ph
Electron Weibel instability induced magnetic fields in optical-field ionized plasmas
等离子体中磁场的产生和放大是等离子体物理和空间物理的一个长期研究课题。电子韦伯不稳定性是一个众所周知的机制，负责自生磁场在等离子体与温度各向异性，并已被广泛研究，在理论和模拟，但这种不稳定性的实验验证一直具有挑战性。最近，我们展示了一个新的实验平台，使控制初始化的高度非热和/或各向异性等离子体电子速度分布通过光场电离。利用直线加速器的外电子束团探测器，首次测量了电子韦伯不稳定性引起的自生磁场的起始、饱和和衰减。本文首先介绍了钛宝石激光脉冲（0.8 $μm$）产生的非相对论等离子体中韦伯磁场的时间分辨测量的实验结果，然后讨论了利用强$\rm CO_2$（例如，9.2 $μm$）激光器来产生更热的等离子体。
2022-04-08 physics.plasm-ph
Anisotropic heating and magnetic field generation due to Raman scattering in laser-plasma interactions
我们确定了一种机制，磁场产生的强烈电磁波和欠密等离子体的相互作用。我们表明，拉曼散射等离子体波陷阱和加热的电子优先在其传播方向，导致温度各向异性。在激光脉冲的轨迹中，我们观察到磁场的增长，由于温度各向异性，符合韦伯机制。我们讨论了初始电子温度在我们的结果中的作用。多维粒子模拟证实了预测。我们展示了这种配置是如何研究韦伯不稳定性的长期演变的实验平台。
2021-04-14 physics.plasm-ph
Interstellar Turbulent Magnetic Field Generation by Plasma Instabilities
在星际介质的典型条件下，估计了由韦伯型等离子体不稳定性产生的最大磁场强度。相关的动力学色散关系进行评估参数研究麦克斯韦和超热粒子分布表明，可以产生微高斯磁场。结果表明，取决于流速和等离子体温度，无论是纵向或横向的不稳定性将占主导地位。在存在环境磁场的情况下，典型地抑制了双流不稳定性，而保留了经典的韦伯不稳定性。
2013-06-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Macroscopic description for a quantum plasma micro-instability: the quantum Weibel solution
在量子等离子体的情况下的韦伯不稳定性处理通过流体（时刻）的方法。宏观方程的量子修改，然后确定为第一类或第二类的影响。第一类量子效应对应于色散项，类似于等离子体量子流体力学方程中的玻姆势。第二类效应是由于载流子的费米统计，并可能成为强简并的主要影响。宏观色散关系比经典的韦伯不稳定性的高阶。这对应于截止波数的存在，即使对于强温度各向异性的情况下。
2008-01-25 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Saturation mechanism of the Weibel instability in weakly magnetized plasmas
通过考虑在不稳定性的初始阶段产生的大量圆柱形束流的演化，从理论上研究了韦伯不稳定性的饱和机制。基于束流的物理模型，指出当束流演化为阿尔芬电流时，磁场强度达到最大值，并存在两个饱和区。饱和时的磁场强度的理论预测与二维粒子模拟的结果在很大范围内的初始各向异性是一致的。
2005-07-19 astro-ph physics.plasm-ph
General kinetic solution for the Biermann battery with an associated pressure anisotropy generation
具有任意密度和温度梯度的初始麦克斯韦分布的完全动力学分析计算展示了与比尔曼电池相关的温度各向异性和磁场增长的发展。通过对德拜长度与梯度尺度之比进行小阶展开来进行计算，预测了各向异性和磁场作为给定任意温度和密度分布的空间的函数。这些预测定性匹配的粒子在细胞模拟，其中的发展的韦伯不稳定性发生在相同的位置，并与预测的温度各向异性对齐的波数测得的值。
2017-07-20 physics.plasm-ph
Quasi-nonlinear approach to the Weibel instability
天体物理学和高能量密度实验室等离子体通常具有由各种动力学流或各向异性驱动的不稳定性激发的大振幅，亚拉莫尔尺度的电磁波动。韦伯不稳定性是特别重要的，因为它可以迅速产生强磁场，即使在没有种子场的情况下。粒子在具有这种小尺度磁场的无碰撞等离子体中传播时，会发生类似于库仑碰撞的随机偏转，磁俯仰角扩散系数代表有效的“碰撞”频率。我们发现，这种效果的等离子体的“准碰撞”可以强烈影响的增长率和发展的韦伯不稳定性的深度非线性制度。这一结果对于理解伽马射线暴或超新星的无碰撞激波上游区域中宇宙射线驱动的湍流特别重要。我们证明，在上游产生的领域所造成的准碰撞抑制不稳定性略有下降，但永远不能完全关闭它。这证实了无碰撞前震自相似模型中的假设。
2017-05-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Explosive growth of large-scale magnetic fluctuations due to particle scattering on developed small-scale Weibel turbulence in magnetoactive plasma
本文构建了磁活性等离子体中大尺度磁湍流非线性产生的解析理论，发现粒子在已发展的Weibel湍流小尺度涨落上的散射引发的异常碰撞会导致长波谐波的超指数爆炸型不稳定性增长，并解析求得磁场增长规律与临界时间。
2025-04-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Self-Consistent Ion Cyclotron Anisotropy-Beta Relation for Solar Wind Protons
本文导出了平行于大尺度磁场传播的离子回旋波系统在均匀质子-电子等离子体中的一组自洽边缘稳定态。的质子分布和波的色散相关的条件下，没有进一步的离子回旋共振粒子散射或波的增长/阻尼可能发生。因此，这些状态下质子的热各向异性定义了触发质子回旋各向异性不稳定性的阈值。最近的一些论文指出，太阳风质子在1天文单位的各向异性似乎不受质子回旋各向异性阈值的限制，即使在低等离子体β。然而，这个难题似乎仅仅是由于在假设质子具有双麦克斯韦分布的情况下对各向异性阈值的估计。我们注意到，双麦克斯韦分布是从来没有边际稳定的共振回旋相互作用，所以这些估计并不代表物理有效的阈值。从我们的边缘稳定状态得到的阈值各向异性大得多，作为质子平行β的函数，比双麦克斯韦估计，我们表明，测得的数据仍然低于这些更严格的阈值。因此，本文的结果解决了明显的矛盾所提出的太阳风各向异性观测在1 AU：双麦克斯韦各向异性不是严格的阈值，所以不限制质子分布在太阳风。
2013-07-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Understanding the saturation of proton-driven Weibel instabilities and implications for astrophysics
在小$α$极限下，推导了离子温度各向异性驱动的韦伯不稳定性的线性增长率和磁场饱和度，定义为$α=(T_\perp/T_\parallel)-1$，其中$T_\perp$和$T_\parallel$分别为垂直和平行于波矢的离子温度.结果表明，饱和磁能与初始离子能量的比例缩放为电子与离子质量比的四次方，$m/M$，与$α\leq M/m$的初始非磁化等离子体。粒子在细胞模拟确认的质量缩放，也表明，电子能量增益是相同的数量级的磁场能量。这意味着韦伯不稳定性不能提供一个比库仑更快的无碰撞机制来平衡离子-电子等离子体，离子最初比电子热得多，这是低光度天体物理吸积流的关键组成部分。本文的结果还表明，在无碰撞激波磁场产生研究中所用的大$α$极限公式，只有在$α\geq M/m$的情况下才是有效的。
2006-12-05 astro-ph physics.plasm-ph
Magnetic field generation and amplification in an expanding plasma
用粒子模拟方法研究了具有垂直电子密度和温度梯度的等离子体中磁场B的形成。当系统尺寸L与离子趋肤深度di相当时，B ~ di/L符合Biermann电池效应。然而，当L/di较大时，电子温度各向异性引起的韦伯不稳定性取代了Biermann不稳定性，成为B的主要产生者。韦伯产生的场在有限振幅（等离子体β \approx 100）处饱和，与L无关。如Schekochihin等人所预测的，低于电子拉莫尔半径尺度的磁能谱很好地符合斜率为-16/3的幂律，占星术。J. Suppl. Ser 182，310（2009）中。
2014-05-02 physics.plasm-ph
Effect of temperature anisotropy on the dynamics of geodesic acoustic modes
本文通过回旋动理学推导一般色散关系，并利用双麦克斯韦分布研究离子温度各向异性对测地声模频率和增长率的影响，发现二者随各向异性增强而增大，且受电子与离子温度比显著影响。
2022-10-11 physics.plasm-ph
Magnetogenesis in a collisionless plasma: from Weibel instability to turbulent dynamo
在完全动理学框架下，通过外部机械力研究未磁化等离子体中磁场的自洽产生与放大，揭示了 Weibel 不稳定性产生种子场并经涨落发电机放大至能量均分的过程，对星系团及星系际磁场起源有重要意义。
2023-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Predicted Impacts of Proton Temperature Anisotropy on Solar Wind Turbulence
在弱碰撞太阳风中测量的粒子速度分布经常被发现是非麦克斯韦分布的，但是这些非麦克斯韦分布如何影响太阳风中的等离子体湍流物理仍然没有答案。使用数值解的线性色散关系的碰撞无等离子体的双麦克斯韦质子速度分布，我们提出了一个统一的框架，为四个质子温度各向异性不稳定性，确定相关的稳定本征模，突出不稳定区域的波矢空间，并提出了不断增长的本征函数的属性。从这个框架中获得的物理直觉的基础上，我们解决质子温度各向异性如何影响的\Alfvenic波动的非线性动力学的主导级联的能量从大到小的尺度和如何由质子温度各向异性不稳定性驱动的波动相互非线性相互作用，并与大尺度级联的波动。我们发现大尺度级联的非线性动力学对质子温度各向异性不敏感，并且不稳定性驱动的涨落不太可能引起大尺度级联的不稳定性驱动的涨落或湍流涨落的显著非线性演化.
2015-03-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Mach Number Dependence of Ion-scale Kinetic Instability at Collisionless Perpendicular Shock: Condition for Weibel-dominated Shock
本文采用线性理论和非线性粒子模拟方法研究了无碰撞激波下离子尺度动力学等离子体不稳定性。我们专注于阿尔文离子回旋（AIC），镜子，和韦伯不稳定性，这都是驱动不稳定的有效温度各向异性诱导的冲击反射离子在过渡层内的严格垂直冲击。我们进行线性色散分析与均匀等离子体模型来模拟激波过渡层，采用环形分布与有限的热扩散来代表反射离子的速度分布。我们发现，对于平行于环境磁场的波传播，在较低的阿尔文马赫数的AIC不稳定性倾向于过渡到韦伯不稳定性在较高的阿尔文马赫数。然而，不稳定性也强烈地受到声马赫数的影响。我们的结论是，在阿尔文和声音马赫数都超过$\sim 20{\rm -}40$的强激波的不稳定性可以被认为是韦伯的意义上，反射离子的行为基本上未磁化。二维PIC模拟证实了线性理论，并发现，与典型的年轻超新星遗迹冲击参数，环分布模型产生的背景磁场，这是小于以前的PIC模拟中观察到的韦伯为主的冲击的顺序的磁波动。这表明，回旋反射离子分布的假设可能不足以定量预测高马赫数冲击的动力学的非线性行为。
2021-07-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Effect of temperature anisotropy on various modes and instabilities for a magnetized non-relativistic bi-Maxwellian plasma
利用均匀无碰撞磁化等离子体的动力学理论，对等离子体波和不稳定性作了进一步的评述，讨论了广义相对论介电张量的各向异性响应和任意分布函数的Onsager对称性。通常，我们观察到，对于这样的等离子体，只有那些磁场扰动垂直于环境磁场的电磁模式，即，B1 \perp B 0受各向异性的影响。然而，在斜传播中，所有模式都表现出这种各向异性效应。考虑非相对论性双麦克斯韦分布，在适当条件下研究广义介电张量的相关分量，导出了各种模式和不稳定性的色散关系。我们表明，只有电磁R-和L-波，那些来自他们和O-模式的热各向异性的影响，因为它们满足所需的条件B1 \perpB 0。相反，垂直传播的X模和由其衍生的模式（纯横向X模和伯恩斯坦模式）则没有这种效应。在一般情况下，我们注意到，热各向异性修改通过平行声学效应的平行传播模式，而它修改通过Larmor半径效应的垂直传播模式。在斜向传播的动力学阿尔芬波，热各向异性的影响的动力制度比它影响的惯性制度。广义快模表现出两种不同的声学效应，一种是在平行于环境磁场的方向上，另一种是在垂直于环境磁场的方向上。我们讨论了所有这些传播特性，并提出了图形插图。
2012-05-31 astro-ph.SR math-ph math.MP
Pressure anisotropy and small spatial scales induced by velocity shear
非麦克斯韦亚平衡可以存在于低碰撞性等离子体中，这一点已被卫星和实验室测量所证实。通过在流体等离子体模型中包含全压力张量动力学，我们表明剪切速度场可以提供一种有效的机制，使初始各向同性状态各向异性和agyrotropic。本文讨论了磁弹性波的传播如何影响由磁场和流动应变张量共同作用引起的压力张量各向异性及其空间取向。我们通过描述压力张量演化的非线性方程的数值积分来支持这种分析。
2015-07-17 physics.plasm-ph
The self-generation of core fields and electron scattering in flux ropes during magnetic reconnection
University of Maryland（马里兰大学）；IREAP, University of Maryland（马里兰大学地球物理与天体物理研究所）
研究通过模拟揭示磁重联过程中磁环内自生成的垂直磁场机制，展示其对电子散射和温度各向异性的影响，并通过观测验证其在地球磁尾中的存在。
2026-03-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Bremsstrahlung radiation power in non-Maxwellian plasmas
本研究系统分析了固定总电子能量下电子速度分布形状对轫致辐射功率的影响，给出了e-i辐射的上下界，发现功率取决于能量集中度及各向异性，为减少聚变损失提供依据。
2025-04-24 physics.plasm-ph
Spontaneous magnetization of collisionless plasma through the action of a shear flow
我们研究了在一个完全动力学的框架下，通过在初始未磁化的等离子体中由大尺度剪切力驱动的韦伯不稳定性产生种子磁场。我们开发了一个分析模型，描述了通过相位混合，随后的指数增长的磁场的线性韦伯阶段，其饱和时，种子磁场变得足够强，煽动粒子的回转运动，从而抑制他们的自由流动的热压各向异性的发展。饱和种子字段对关键参数（例如，系统尺度与电子趋肤深度的比率，强迫幅度）通过使用电子-正电子等离子体的3D和2D粒子模拟来确认。这项工作证明了自发磁化的无碰撞等离子体通过大尺度运动一样简单的剪切流，因此具有重要的意义，在稀天体物理系统的磁成因。
2021-10-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Instability constraints for the electron temperature anisotropy in the slow solar wind. Thermal core vs. suprathermal halo
这封信提出了一个先进的参数化的太阳风电子温度各向异性和不稳定性的（双）麦克斯韦核心和（双）卡帕晕人口在缓慢的太阳风的相互作用所造成的结果。大量的观测数据（来自太阳神、太阳神和星团飞行任务）被用来对这些组成部分进行参数化，并建立它们之间的相互关系。的不稳定性显着刺激存在的超温，和不稳定性阈值形状的限制的温度各向异性的核心和晕人口重新陈述的不可恢复的稳定的作用，自生的不稳定性可以发挥约束电子各向异性。这些结果证实了超热电子的一个特殊含义，它比热电子密度小，但温度高。
2017-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dual Maxwellian-Kappa modelling of the solar wind electrons: new clues on the temperature of Kappa populations
上下文最近的研究在空间等离子体应用中调用的Kappa分布函数强调了两种替代方法，这两种方法可以假设温度参数依赖于或独立于功率指数$κ$。他们中的每一个都可以在涉及卡帕分布等离子体的不同情况下获得合理性，但还没有直接的证据支持这两种替代方案中的任何一种，并从实验室或自然等离子体中进行测量。目的。本文的目的是提供更多的事实，这个有趣的问题，从直接拟合测量超热电子种群存在于太阳风，以及从他们的不稳定影响预测这两个交替的方法。方法.对比了目前理论和观测中常用的两种拟合模型，即全局Kappa模型和对偶Maxwellian-Kappa模型。超热电子的不稳定效应的特征在于动力学方法的基础上，占的微观细节的速度分布。结果为了具有相关性，选择模型以准确地再现观察到的分布，这是通过双麦克斯韦-卡帕分布函数实现的。一项统计调查表明，任何日心距离的超热（晕）电子的$κ$依赖的温度。只有对于这种方法，才发现由温度各向异性驱动的不稳定性是由超热粒子数的丰度系统地激发的，即，降低$κ$ -指数的值。
2017-03-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Z Pinch Kinetics II -- A Continuum Perspective: Betatron Heating and Self-Generation of Sheared Flows
本文通过绝热不变量分析Z箍缩的绝热压缩，提出混合CGL模型，揭示betatron加热产生各向异性并自产生剪切流，以抵抗通量变化。
2024-11-11 physics.plasm-ph
Turbulent magneto-genesis in a collisionless plasma
本文研究了在湍流无碰撞等离子体中产生磁场的有效机制。通过使用完全动力学，在细胞中的粒子模拟的初始非磁化等离子体，我们检查磁化的起源，在一个非线性制度。复杂的运动是通过泰勒-格林涡，和等离子体局部发展强烈的电子温度各向异性，由于应变张量的湍流。随后，在多米诺骨牌效应中，各向异性触发了空间局部化的韦伯不稳定性。在这种活跃的波粒相互作用区域中，磁场种子由于与底层搅拌运动的相互作用而呈指数增长并扩散到更大的尺度。这种自馈过程可能解释了各种天体物理等离子体中的磁成因，无论在哪里都存在湍流。
2021-09-15 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic instability in a dilute circular rarefaction wave
采用二维粒子模拟方法研究了圆形稀疏波中磁场的产生。温度为32 keV的电子均匀分布在半径为14.2电子趋肤深度的云内。它们在热压力下膨胀，并携带冷质子，这些质子最初集中在电子云边界的空心环中。环的内部包含一个不动的正电荷背景，以补偿电子电荷。质子以圆形对称稀疏波的形式膨胀，并且它们从电子提取能量。电子的热各向异性发展并通过韦伯型不稳定性触发等离子体云内TM波的增长，等离子体云充当波导。该波导的变化的横截面引入了TM波和TE波之间的耦合，并且面内磁场增长。的相关性的模拟结果，以前的实验研究的激光烧蚀线进行了讨论。
2012-11-16 physics.plasm-ph
Effects of suprathermal electrons on the proton temperature anisotropy in space plasmas: Electromagnetic ion-cyclotron instability
例如，在来自太空的缺乏碰撞的等离子体中，在太阳风和行星磁层中，等离子体粒子的动力学各向异性预计将受到动力学不稳定性的调节。在垂直于磁场$(~T_\perp >T_\parallel)$方向的离子（质子）温度的驱动下，电磁离子回旋（EMIC）不稳定性足够快，可以抑制质子的各向异性，但观测结果与双麦克斯韦等离子体粒子模型的标准理论所预言的不稳定性阈值不符。本文提出了一个扩展的调查EMIC不稳定性的存在下，超热电子是无处不在的，在这些环境中。该分析是基于动力学（弗拉索夫-麦克斯韦）理论，假设这两个物种，质子和电子，可能是各向异性的，和EMIC不稳定的解决方案的数值推导提供一个准确的描述通常遇到的条件下，在空间等离子体。超热布居的效应是由电子的各向异性和电子与质子之间的温度差触发的。在一定条件下，各向异性阈值超过了在太阳风中测得的质子各向异性的极限，大大抑制了EMIC模的不稳定区域。
2016-05-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic ion-cyclotron instability in a dusty plasma with product-bi-kappa distributions for the plasma particles
研究了尘埃等离子体中平行传播的离子回旋波的色散关系，考虑了等离子体粒子沿垂直方向的速度色散大于沿平行方向的速度色散的情况，并考虑了等离子体粒子采用乘积双κ（PBK）速度分布的情况.数值求解色散关系得到的结果表明，在电子具有各向同性麦克斯韦分布，离子具有PBK分布的情况下，电磁离子回旋不稳定性（EMIC）的发生，并表明PBK离子分布的kappa指数的减小导致增长率的大小和不稳定性发生的波数范围的显著增加.另一方面，对于离子的各向异性麦克斯韦分布和电子的PBK分布，PBK电子分布中的kappa指数的减小有助于降低EMIC不稳定性的增长率，但降低效果不如具有相同$κ$指数的离子PBK分布所获得的增加明显。得到的结果还表明，作为一般规则，尘埃人口的存在有助于减少增长率和范围的大小的不稳定性，但在小kappa指数的PBK离子分布的情况下，不稳定性可能会继续发生的尘埃人口，这将完全消除双麦克斯韦离子分布的情况下的不稳定性。还可以看出，对于等效的有效温度值，由于离子PBK分布中的kappa指数引起的各向异性在产生EMIC不稳定性方面不如垂直和平行离子温度的比率有效。
2016-12-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Polarized anisotropic synchrotron emission and absorption and its application to Black Hole Imaging
本文推导了相对论性双麦克斯韦等离子体的偏振同步辐射发射与吸收系数，发现温度各向异性可显著改变黑洞图像不对称性，并影响 Sgr A* 和 M87* 的物理参数推断。
2023-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effects of the Background Turbulence on the Relaxation of Ion Temperature Anisotropy in Space Plasmas
空间等离子体中的湍流通常表现出两种状态，这两种状态由划分所谓的惯性范围和动力学范围的光谱突变分开。大尺度磁涨落主要由非线性MHD波-波相互作用控制，遵循-5/3或-2斜率幂律谱。在断裂之后，在动力学效应发生的尺度上，磁谱遵循由谱指数$α> 5/3$给出的更陡的幂律$k^{-α}$形状。尽管它的普遍性，湍流背景光谱的准线性弛豫的太阳风温度的可能影响，通常不考虑。本文利用准线性动力学理论研究了由冷电子和双麦克斯韦质子组成的初始湍流无碰撞等离子体中质子温度的演化，其中电磁波沿背景磁场传播。比较了不同波强下的四种波谱形态。我们表明，足够的湍流磁功率可以驱动稳定的质子横向加热，导致温度各向异性的增加和平行质子β的减少。因此，稳定的质子速度分布可以以这样一种方式演变，即发展动力学不稳定性。这可以解释为什么太阳风的成分可以在远离热力学平衡和接近不稳定阈值的地方被观测到。
2021-03-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Temperature anisotropy instabilities of solar wind electrons with regularized Kappa-halos resolved with ALPS
本文利用ALPS数值求解器，针对太阳风电子温度各向异性引发的哨声和火蛇管不稳定性，首次采用正则化Kappa分布描述超热晕，实现了自洽建模，提高了结果置信度。
2025-04-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the modeling of oblique firehose instabilities in regularized Kappa plasmas using ALPS
Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；University College London（伦敦大学学院）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本文首次采用规则化Kappa分布（RKD）结合ALPS求解器研究空间等离子体中斜向消防水带不稳定性，验证了超热粒子对增长率的增强作用，并揭示了RKD在高斜向传播时对非周期性模式的显著影响。
2026-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Adaptive critical balance and firehose instability in an expanding, turbulent, collisionless plasma
使用混合动力学粒子模拟，我们研究了膨胀的，无碰撞的，磁化等离子体中的强Alfvénic湍流持续驱动的演变。由等离子体膨胀产生的温度各向异性（以及随之而来的平均磁场强度的降低）逐渐降低了场线的有效弹性，导致Alfvénic波动的线性频率和剩余能量的降低。作为响应，这些波动修改它们的相互作用和空间各向异性，以保持它们的特征线性和非线性频率之间的逐尺度“临界平衡”。最终等离子体变得不稳定，动力学消防水龙带不稳定性，激发快速增长的离子拉莫尔尺度的磁波动。随之而来的粒子的俯仰角散射保持边缘稳定附近的温度各向异性，即使作为湍流等离子体继续扩大。由此产生的平行和垂直温度的演变不满足双绝热守恒定律，但准确地描述了一个简单的模型，包括异常散射。我们的研究结果有影响，了解各种热，稀，天体物理等离子体中的宏观和微观尺度物理之间的复杂相互作用，并提供有关功率谱，剩余能量，离子拉莫尔尺度的光谱断裂，和非麦克斯韦功能的离子分布函数，可以通过在高β地区的太阳风的测量进行测试的预测。
2021-11-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Steady mirror structures in a plasma with pressure anisotropy
在第一部分中，我们提出了一个回顾我们的结果有关的弱非线性制度的镜像不稳定性的框架下的渐近模型。该模型属于梯度型系统，其自由能只能随时间减少。它揭示了一个典型的亚临界分岔行为：低于镜像不稳定性阈值，所有的本地化的静态结构是不稳定的，而阈值以上，系统显示爆破行为。结果表明，考虑到电子（非零温度）不会改变渐近模型的结构。对于电子和离子的双麦克斯韦分布函数，该模型预测了磁洞的形成。第二部分包含了关于二维稳定的镜面结构，可以形成在饱和制度的原始结果。基于Grad-Shafranov方程组，证明了回旋等离子体服从变分原理，其自由能量密度由平行张力给出，其中静态区域的压力仅为局部磁场振幅的函数.这种方法被用来证明，小振幅静态孔构造略低于镜不稳定性阈值识别KPII方程的块孤子，并变成不稳定的。它还表明，正则化的影响，如有限的拉莫尔半径修正不能忽略在大振幅镜结构的描述。利用基于各向异性磁流体变分原理并考虑离子有限Larmor半径效应的梯度法，我们发现当横向于平面的磁场分量增加时，磁流体既有一维条纹状磁结构，也有二维气泡状磁结构。这些结构实现了自由能的最小化。
2015-01-30 nlin.PS physics.plasm-ph
Onset of magnetic reconnection in a collisionless, high-beta plasma
在磁化的无碰撞等离子体中，组成粒子的磁矩是绝热不变量。因此，在这样的等离子体中磁场强度的增加导致垂直于场线的热压力的增加。在$β$依赖的阈值之上（其中$β$是热压力与磁压力的比率），这种压力各向异性驱动镜像不稳定性，在离子拉莫尔尺度上产生场线的强烈扭曲。这种不稳定性的影响磁重联的研究使用一个简单的分析模型的形成电流片（CS）和相关的生产压力各向异性。维持各向同性，麦克斯韦粒子分布在CS的形成和随后的变薄在无碰撞等离子体中的困难，再加上低阈值的镜子不稳定性在高$β$等离子体，意味着重连磁场的几何形状可以从根本上不同于标准的哈里斯片轮廓经常用于模拟无碰撞重连。因此，取决于CS形成的速率和初始CS厚度，撕裂模式的增长速率和波数由这种差异提高，可能会破坏镜像出没的CS之前，标准撕裂模式可以开发。一个定量的理论来说明这一过程，这可能会发现在撕裂介导的动力学磁旋转“通道”模式的中断的应用。
2019-01-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Astrophysical gyrokinetics: Turbulence in pressure-anisotropic plasmas at ion scales and beyond
我们提出了一个理论框架来描述电磁动力学湍流在多物种，磁化，压力各向异性等离子体。假设湍流波动与平均场相比是小的，相对于平均场是空间各向异性的，并且与离子回旋频率相比具有小的频率。在离子拉莫尔半径以上的尺度上，该理论简化为Kunz等人（2015）制定的动力学简化磁流体力学（KRMHD）的压力各向异性概括。在离子拉莫尔半径和以下的尺度上，实现了三个主要目标。首先，我们分析的压力各向异性gyrokinetic系统的线性响应，并表明它是一个概括以前探索的限制。压力各向异性的影响的稳定性和碰撞阻尼的Alfvenic和压缩波动的突出，注意的频谱位置和宽度的频率跳跃发生的Alfven波过渡到动力学Alfven波。其次，我们推导并讨论了一个一般的自由能守恒定律，它既捕获了长波长的KRMHD自由能守恒，又捕获了亚离子拉莫尔尺度的动力学阿尔芬波和离子熵的双重级联。我们发现，非麦克斯韦功能的分布函数中的相混合量和磁应力的效率的变化，从而影响级联通道之间的自由能的分区。第三，一个简单的模型被用来表明，压力各向异性可以导致大的变化，由于阿尔芬湍流耗散的离子-电子加热比。我们的理论提供了一个基础，以确定如何压力各向异性影响的湍流波动谱，粒子种类的差分加热，以及空间和天体物理等离子体中的平行和垂直相混合的比例。
2018-03-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless stationary states of a stratified plasma in an expanding magnetic tube with stochastic heating
LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS（巴黎天文台，PSL大学，索邦大学，巴黎西岱大学，塞吉-蓬图瓦兹大学，法国国家科学研究中心）；Mullard Space Science Laboratory, University College London（穆拉德空间科学实验室，伦敦大学学院）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
研究存在膨胀磁场时太阳上层大气的无碰撞动力学结构，从弗拉索夫方程推导相关解析表达式，分析能量和磁矩守恒等产生的影响，给出标度律并验证，为研究磁场膨胀对弱碰撞恒星日冕结构的作用建立理论框架。
2026-10-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic description of quasi-stationary axisymmetric collisionless accretion disk plasmas with arbitrary magnetic field configurations
一个动力学处理的高温，低密度天体物理吸积盘，如被认为是目前在一些辐射效率低的吸积流到黑洞中发生的无碰撞磁化等离子体。准静态配置进行了研究，在一个弗拉索夫-麦克斯韦描述的框架内。等离子体被视为轴对称的，并受到缓慢时变的引力场和电磁场的作用。假设磁场的特征是由一个家庭的局部嵌套，但开放的磁表面。这些等离子体的慢碰撞动力学的影响，产生一个减少gyrokinetic Vlasov方程的动力学分布函数。为了做到这一点，首先确定一个渐近准稳态解，表示为一个广义双麦克斯韦分布表示的相关绝热不变量。的解决方案的存在取决于有合适的动力学约束和条件，导致粒子捕获现象。有了这个解决方案，可以处理温度各向异性，环形和极向流速度和有限Larmor半径的影响。分布函数的渐近展开允许所有相关流体场的分析评价。讨论了该解的基本理论特征及其天体物理意义。作为应用，讨论了用\textquotedblleft动力学发电机效应\textquotedblright描述慢时变吸积流动力学和自产生磁场的可能性。这两种效应都与内在动力学物理机制有关。
2011-05-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Obliquely propagating electromagnetic waves in magnetized kappa plasmas
速度分布函数（VDFs）表现出对高能尾的幂律依赖性，一直是等离子体物理界深入研究的主题。这种函数被称为kappa或超热分布，已被发现可以更好地拟合航天器在太阳风中测量的VDF。在这种新光源上正在解决的问题之一是太阳风质子和电子的温度各向异性。在文献中，（双）麦克斯韦等离子体激发波的一般处理是公认的。然而，对于卡帕分布，波的特性主要是针对相对于环境磁场的纯粹平行或垂直传播的极限情况进行研究的。到目前为止，对一般情况下平行传播的电磁波的贡献还很少报道。一般的治疗的情况下，防止在卡帕等离子体中的波粒相互作用的完整分析，因为一些不稳定性可以同时在平行和倾斜的方向上操作。在最近的工作中，Gaelzer和Ziebell [J. Geophys. Res. 119，9334（2014）]获得了由kappa VDF产生的低频、准垂直色散Alfvén波的介电张量和色散关系的表达式。在本工作中，由参考文献1介绍的形式主义推广的一般情况下，静电和/或电磁波传播的kappa等离子体中的任何频率范围内和任意角度。考虑了各向同性分布，但这里使用的方法可以很容易地应用于更一般的各向异性分布，如bi-kappa或乘积bi-kappa。
2016-01-21 physics.plasm-ph physics.space-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
