Understanding Streaming Instabilities in the Limit of High Cosmic Ray Current Density
本文利用动理学粒子模拟研究高宇宙线电流密度下Bell不稳定性的行为，发现各向异性加热导致磁场放大显著减弱，且电子尺度模式对后期演化和饱和影响有限。
2025-02-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic field amplification by a plasma cavitation instability in relativistic shock precursors
等离子体流不稳定性在相对论激波及其环境中的磁场放大和粒子加速中起着重要作用。然而，在远冲击波前体区域，加速粒子构成一个高度相对论性和稀释束，流不稳定性通常变得效率低下，并在非常小的规模相比，束粒子的回旋半径。我们报告的等离子体空化不稳定性，是由稀相对论性光束驱动，可以增加两个数量级的磁场强度和相干尺度达到近均分值与光束能量密度。这种不稳定性的增长后，发展的韦伯不稳定性，并与背景轻子和离子的束流的非对称响应。所得到的净感应电场驱动带正电和带负电的射束种类之间的强能量不对称性。大规模的粒子在细胞中的模拟被用来验证分析预测的增长和饱和度的不稳定性，并表明它是强大的，在广泛的条件下，包括那些与成对加载等离子体。这些结果可以有重要的影响的磁化强度和结构的冲击在伽马射线暴，更普遍的磁场放大和非对称散射的相对论性带电粒子在等离子体天体物理环境。
2022-01-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Interplay between the non-resonant streaming instability and self-generated pressure anisotropies
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Sorbonne Université, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, LERMA（索邦大学，巴黎天文台，PSL大学，法国国家科学研究中心，LERMA）；Sorbonne Université, Ecole Polytechnique, CNRS, Observatoire de Paris, LPP（索邦大学，巴黎综合理工学院，法国国家科学研究中心，巴黎天文台，LPP）
研究非共振流不稳定性与自生成压力各向异性之间的相互作用，揭示中性碰撞对磁场增强的影响及电离等离子体中库仑碰撞的作用。
2024-07-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Counter-Streaming Beams in Collisionless Pair Plasma Instability Systems I: Evolution and Parameterization of the Weibel Instability
本文利用粒子模拟的谱分析和物理场演化，研究了Weibel不稳定性在不同初始反向流束参数下的演化过程，观察到次级不稳定性、电磁波激发及丝状合并现象。
2025-07-15 physics.plasm-ph
Streaming Instability Generation in Lunar Plasma Environment
等离子体不稳定性是指当等离子体系统中积累了过多的能量而不能保持能量时，在等离子体中发生的非线性过程。自然界中已知的等离子体不稳定性有近60种。
2023-01-06 physics.plasm-ph
Damping of Alfvén waves in MHD turbulence and implications for cosmic ray streaming instability and galactic winds
MHD湍流的Alfvénic分量阻尼Alfvénic波。这种效应的后果对许多过程都很重要，从宇宙射线（CR）传播到星系和其他磁化系统中的发射流出和风。我们讨论了湍流对流动不稳定性的阻尼和对平面平行波的阻尼的差异。前者发生在与CR流所沿的局部磁场方向对准的参考系中。后者是在平均磁场的参考系中，并且传统上在等离子体研究中被考虑。我们还比较了流不稳定性的湍流阻尼与离子中性碰撞阻尼，这成为在一个足够低的电离分数占主导地位的阻尼效应。数值试验和天体物理的影响进行了讨论。
2022-01-13 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Boundary induced amplification and nonlinear instability of interchange modes
结果表明，边界上的小失真放大的核心磁化等离子体，如果系统是接近边缘稳定的理想磁流体动力学交换模式。它还表明，这种边际系统可以是非线性不稳定的。边界放大和非线性的组合，结果在一个非线性不稳定。诱导的不稳定性是高度敏感的边界，如果从边际的分数偏差是一个小参数$b$，系统可以从分数边界畸变的$\mathcal{O}(b^{3/2})$不稳定。
2012-11-21 physics.plasm-ph
Enhancement of the non-resonant streaming instability by particle collisions
流动的宇宙射线可以激发非共振不稳定性，以它们的大部分动能为食，从而为种子磁场的指数增长提供动力。通过产生必要的湍流磁场，它被认为在冲击波中对宇宙射线的限制和加速起着关键作用。在这项工作中，我们提出了混合粒子在细胞模拟的非共振模式，包括Monte Carlo碰撞，并调查的不稳定性和粒子碰撞在背景等离子体中产生的压力各向异性之间的相互作用。对电离差等离子体的模拟证实了线性流体理论计算预测的质子-中性碰撞对不稳定性的快速衰减。相比之下，我们发现完全电离等离子体中的库仑碰撞并不反对磁场的增长，但在某些条件下抑制了压力各向异性，实际上增强了磁场放大。
2022-02-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Filamentation instability of counter-streaming laser-driven plasmas
在与天体物理学无碰撞冲击有关的超音速无碰撞状态下，在一对逆流、烧蚀驱动等离子体流的相互作用中，观察到由于韦伯型不稳定性的增长而产生的丝状现象。通过在OMEGA EP激光系统上用1.8 kJ、2-ns激光脉冲照射一对相对的塑料（CH）箔来产生流动。超快激光驱动质子照相术被用来成像的韦伯产生的电磁场。实验观察结果与分析理论的韦伯不稳定性和粒子在细胞中的模拟是一致的。
2013-10-09 physics.plasm-ph
Counter-Streaming Beams in Collisionless Pair Plasma Instability Systems III: Collisionless Heating, Acceleration, and Radiation
本文研究无碰撞对等离子体中韦伯不稳定性形成的大电流丝合并的能量转换与动力学效应，并探讨相关辐射过程与抖动及同步辐射的联系。
2025-10-24 physics.plasm-ph
Cosmic ray streaming in the turbulent interstellar medium
本文研究了$-100~$ GeV宇宙射线在湍流星际介质中的流动不稳定性及其阻尼。我们发现流不稳定性的阻尼主要由弱电离分子云中的离子-中性碰撞阻尼、高电离暖介质中的湍流阻尼和星系晕中的非线性朗道阻尼所控制。只有在星系晕中，CR的流动速度接近阿尔文速度。Alfvénic湍流通过磁场线缠结在抑制流动不稳定性和调节流动CRs扩散方面起着重要作用，流动CRs在观测坐标系中的有效平均自由程由超Alfvénic湍流的Alfvénic尺度决定.得到的扩散系数对Alfvén马赫数很敏感，在多相ISM中，Alfvén马赫数具有很大的取值范围。超Alfvénic湍流有助于流动CR的额外限制，无论占主导地位的阻尼机制。
2022-01-20 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experimental Identification of the Kink Instability as a Poloidal Flux Amplification Mechanism for Coaxial Gun Spheromak Formation
磁流体动力学扭折不稳定性被观测到，并被实验确定为同轴枪球马克形成的极向通量放大机制。在这个实验中的等离子体分为三个不同的制度，这取决于峰值枪电流的磁通量比，与（I）低的值导致在一个直的等离子体柱与螺旋磁场，（II）中间值导致扭曲的列轴，和（III）高的值立即导致分离的等离子体。发病列扭结同意定量与Kruskal-Shafranov限制，和扭结作为发电机转换为极向磁通。制度II显然导致极向通量放大和spheromak配置的发展。
2003-04-28 physics.plasm-ph
Counter-Streaming Beams in Collisionless Pair Plasma Instability Systems II: Spectral Cone and Spectral Wave Mode Analysis
本文通过粒子网格模拟的谱分析，研究无碰撞对等离子体中Weibel不稳定性的谱趋势，探讨功率对视角和频率的依赖，并关联系列首篇结果。
2025-10-24 physics.plasm-ph
A note on the experiment parameters for the non-resonant streaming instability: competition between left and right circularly polarized modes
由宇宙射线电流驱动的非共振流不稳定性，也称为贝尔不稳定性，被提出作为提供有效的扩散冲击加速所需的磁湍流的候选人。为了证明在实验室环境中的非共振流不稳定性的饱和度和机制，我们试图在DESY，Zeuthen网站（PITZ）的光注入器测试设备开发一个实验。在我们的实验中，由于用电子束代替质子束来携带宇宙线流，非共振流动不稳定性的极化将由左手（LH）模改变为右手（RH）模。理论不稳定性分析表明，这种RH非共振模的增长率可能小于LH共振模的增长率。然而，在我们的实验中，LH谐振模式可以忽略，而预期的波长比所使用的等离子体池长。PIC模拟的结果也将支持这一论点，并在我们的实验中的非共振流不稳定性的发生。
2019-10-30 hep-ex physics.plasm-ph
Generalized universal instability: Transient linear amplification and subcritical turbulence
在这项工作中，我们数值模拟了显着的瞬态（即非模态）的线性放大和持续的非线性湍流动力学等离子体系统中没有不稳定的本征模。所考虑的特定系统是具有磁剪切、动力学电子和离子、弱碰撞和密度梯度但没有温度梯度的静电等离子体板。与非模态增长和亚临界湍流的流体动力学例子相反，在平衡中没有剪切流。当磁剪切和碰撞性较弱时，发现了明显的瞬态线性放大。它也表明，非线性湍流可以持续，如果在足够的振幅初始化。我们证明这两个现象是相关的：当持续的湍流发生时，没有不稳定的本征模，状态是典型的湍流必须产生瞬态线性放大的gyrokinetic自由能。
2015-01-13 physics.plasm-ph
Quantum electrodynamic effects on counter-streaming instabilities in the whole \textbf{k} space
在最近的工作[Bret，EPL \textbf{135}（2021）35001]中，评估了双流不稳定性的量子电动力学（QED）效应。它是关于无碰撞逆流系统中波矢沿流动方向的扰动增长。在这里，分析扩展到波矢量的每一个可能的方向。恢复了先前的双流不稳定性结果，并证明了即使在3D分析的框架内，即使考虑QED效应，这种不稳定性基本上仍然是1D的。在垂直于流的波矢中发现的平行不稳定性受QED修正的影响很小。与经典情况一样，其增长率在大$k_\perp$处饱和。饱和值被发现独立的QED修正。最小的不稳定$k_\perp$与QED修正无关。令人惊讶的是，不稳定模式发现斜波矢量\emph{not}遵循相同的模式。对一些人来说，QED修正确实降低了增长率。但对其他人来说，同样的修正反而提高了增长率。QED效应在非磁化系统中发挥作用的可能性进行了评估。粒子在指数增长的场中振荡产生的伽马辐射产生的电子对没有考虑在内。
2022-01-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic field amplification by the Weibel instability at planetary and astrophysical high-Mach-number shocks
无碰撞冲击在宇宙中普遍存在，并且通常与强磁场有关。在这里，我们使用大规模的粒子模拟的非相对论性的垂直冲击在高马赫数制度，以研究内的磁场的冲击放大。由于离子-离子双流的韦伯不稳定性，在激波转变处磁场被放大。归一化的磁场强度与Alfvénic马赫数密切相关。来自PIC模拟的模拟航天器测量结果与卡西尼号航天器在土星弓形激波处原位测量的结果完全一致。
2021-02-08 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.comp-ph
Hierarchy of instabilities for two counter-streaming magnetized pair beams: influence of field obliquity
最近研究了两个逆流对等离子体在流动对齐磁场上相互作用时的不稳定模式的层次[PoP \textbf{23}，062122（2016）]。这里的分析扩展到任意倾斜的磁场的情况。这两个等离子体壳最初是冷的和相同的。对于场和初始流之间的任何角度$θ\in [0,π/2]$，不稳定模式的层次是根据壳层的初始洛伦兹因子$γ_0$和由表示为$σ$的参数测量的场强来数值确定的。对于$θ=0$，四种不同的模式可能导致线性相位。对于较大的$θ$，该层次结构简化了，部分原因是在这种状态下韦伯不稳定性不再能被取消。对于$θ>0.78$（44 $^\circ$）和相对论区域，韦伯不稳定性总是支配相互作用。在非相对论区域，由于相互作用变为场无关，所以体系变为$θ$无关。结果，双流不稳定性成为占主导地位的一个，而不管场的不稳定性。
2017-05-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Influence of Ion-Neutral Damping on the Cosmic-Ray Streaming Instability: Magnetohydrodynamic Particle-in-cell Simulations
我们探讨了回旋共振宇宙线流不稳定性（CRSI）的物理，包括离子中性（IN）阻尼的影响。这是（部分电离的）原子和分子气体的主要阻尼机制，它们是星际介质（ISM）的主要成分。IN阻尼对CRSI的限制对于设定阿尔文波的振幅很重要，阿尔文波散射宇宙射线并控制银河尺度的传输。我们的研究采用MHD-PIC混合流体动力学数值技术，遵循线性增长以及后线性和饱和阶段。在线性阶段的不稳定性-模拟和分析理论是在良好的协议-在阻尼防止波生长在小和大的波长，与不稳定的带宽较低的较高的离子中性碰撞率$ν_{\rm in}$。在后线性阶段期间的PIMMHD效应将波谱向更大的$k$扩展。在饱和状态下，宇宙线分布通过由不稳定性激发的阿尔文波的散射而朝着更大的各向同性（更低的流动速度）发展。在没有低$k$波的情况下，具有足够高动量的CR不是各向同性的。在较高的$ν_{\rm in}$下，分布函数的最大波幅和各向同性速率减小。当IN阻尼率接近CSRI的最大增长率时，波的增长和各向同性被抑制。我们的研究结果在部分电离ISM阶段的CR运输的影响进行了讨论。
2021-06-15 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Energy principle for 2D electromagnetic, relativistic, interpenetrating, counter streaming plasma flows
相对论性电子束在等离子体中传播时，在系统中感应出一个返回电流。这种逆流的正向和返回电流的系统容易受到许多不稳定性的影响，其中韦伯仍然是使系统不稳定的主要模式。韦伯不稳定性已被广泛研究，在模拟，实验，以及，分析使用流体和动力学处理。一个纯粹的增长模式，如韦伯不稳定性也可以理解，通过使用守恒定理和能量原理分析。已经使用能量原理分析研究了光束等离子体系统中的静电不稳定性（与Weibel不稳定性类似的双流不稳定性）[Lashmore-Davies 2007]。本文对束流等离子体系统中二维韦伯不稳定性的守恒定理进行了详细的解析描述。
2017-07-10 physics.plasm-ph
Electron Weibel Instability in Relativistic Counter-Streaming Plasmas with Flow-Aligned External Magnetic Fields
研究了两个对称逆流相对论电子等离子体在恒定均匀的外磁场中驱动的韦伯不稳定性，也称为电流驱动不稳定性.线性和非线性阶段的不稳定性进行了研究，使用分析建模和粒子在细胞（PIC）模拟。虽然以前的研究已经描述了磁场的稳定效果，我们在这里表明，饱和阶段只受到微弱的影响。在相对论冷流体框架下，考虑单个不稳定模，详细讨论了导致饱和的不同机制。外场的应用导致大波长的饱和水平略有增加，而它不影响小波长。多模和温度效应进行了研究。虽然在大的温度下的饱和水平是独立的外部磁场，在小的，但有限的温度下，在外部磁场的存在下，不同的模式之间的竞争导致相对于未磁化的情况下较低的饱和水平。
2016-12-12 physics.plasm-ph
Ion-Acoustic Waves and the Proton-Alpha Streaming Instability at Collisionless Shocks
该研究结合MMS观测与数值模拟，揭示低马赫数无碰撞激波中质子与阿尔法粒子的相对漂移引发质子-阿尔法粒子流不稳定性，产生与观测一致的离子声波，解释了电阻率来源并预测其非线性演化。
2025-02-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Amplification due to Two-Stream Instability of Self-Electric and Magnetic Fields of an Ion Beam Propagating in Background Plasma
带电粒子束在背景等离子体中的传播作为空间电荷中和的方法已经被示出为实现高度的电荷和电流中和，并且因此能够实现带电粒子束的接近弹道的传播和聚焦。相应地，使用等离子体传播带电粒子束对于惯性聚变和高能量密度实验室等离子体物理中的强粒子束的传输和聚焦具有重要的应用。然而，通过背景等离子体的束离子流可以导致束离子和等离子体电子之间的双流不稳定性的发展。双流不稳定性增强的束流电场和磁场会导致离子束散焦。利用粒子模拟方法，研究了不稳定性驱动的自电磁场和由此产生的离焦力随背景等离子体密度和束离子质量的变化规律。我们确定等离子体参数的散焦力可以减少。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Constraints for the aperiodic O-mode streaming instability
在热能密度超过磁能密度（$β_\parallel > 1$）的等离子体中，非周期性普通模式（O模式）不稳定性由平行温度$A = T_\perp /T_\parallel < 1$的过量驱动（其中$\parallel$和$\perp$表示相对于均匀磁场的方向）。当由平行等离子体流刺激时，不稳定性条件扩展到低β状态，即，$β_\parallel <1$，最近的研究已经证明了一个新的制度的存在，其中各向异性阈值急剧降低$β_\parallel \to 0$降低，如果流动速度足够高。然而，这种不稳定性的发生是值得怀疑的，特别是在低β等离子体中，在那里的静电双流不稳定性预计将发展得更快的过程中的弛豫的逆流。因此，建议在这里确定的不稳定性条件下的O-模式所需的发病的静电不稳定性。这两个不稳定性的层次结构建立了低$β_\parallel <1$和大$β_\parallel > 1$等离子体。O模不稳定性有效工作的条件明显受到静电不稳定性的限制，特别是在低β等离子体中。
2014-12-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear Development of Streaming Instabilities In Strongly Magnetized Plasmas
本文研究了在有引导场的磁重联中形成的电流层中流动不稳定性的非线性发展。理论和三维粒子模拟揭示了两个不同的阶段。首先，平行布尼曼不稳定性增长并捕获低速电子。剩余的电子驱动两种形式的湍流：平行电子-电子双流不稳定性和近垂直的低混杂不稳定性。高速电子与湍流共振，并将动量传递给离子和低速电子。
2009-03-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generation of Streaming Beam-Plasma Instability in Variable Lunar Plasma around Moon
本文分析研究了月球等离子体环境中高能电子比例变化对双流不稳定性触发的影响，发现1%至25%的高能电子会改变色散关系并可能触发非线性现象。
2024-06-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Quantum Treatment of Kinetic Alfvén Waves instability in a dusty plasma: Magnetized ions
研究了三分量非简并流动等离子体中惯性区动力学Alfvén波的色散关系。利用流体- Vlasov方程导出了量子等离子体的线性色散关系.在Vlasov模型中引入Bohm势引起的量子修正CQ的增加，抑制了Alfven波的频率和不稳定性的增长率。一些解析表达式推导出各种模式的传播。研究还发现，许多系统参数，如尘埃流速度、尘埃电荷、数密度和量子修正等，对色散关系和不稳定性增长率有显著的影响。
2016-08-01 physics.plasm-ph
Laser Amplification in Strongly-Magnetized Plasma
本文研究了强磁化等离子体中激光脉冲在动磁流体力学波作用下的后向散射。当外部磁场既不垂直也不平行于激光传播方向时可能发生的磁化低频散射提供了比拉曼散射更高的不稳定性增长率和与布里渊散射相当的频率下移。除了允许更小等离子体的高增长率和允许宽范围泵浦源的0.1- 2%频率下移之外，MLF散射是放大的理想候选者，因为该过程支持极大的带宽，粒子模拟显示产生超短持续时间。在某些条件下，MLF散射也成为主要的自发反向散射不稳定性，这对磁化激光约束实验产生了影响。
2018-12-22 physics.plasm-ph
Resonant drag instability of grains streaming in fluids
我们表明，流过流体的颗粒一般是不稳定的，如果他们的速度，沿某个方向投影，相速度相匹配的流体波（线性振荡）。当颗粒的流动速度比任何流体波都快时，就会发生这种情况。波本身可以是相当普遍的--例如，声波、磁声波、周转振荡和布伦特-韦塞拉振荡都产生不稳定性。我们推导出一个简单的表达式，这些“共振阻力不稳定性”（RDI）的增长率。这个表达式（i）说明了为什么这种不稳定性是如此致命和普遍，（ii）允许简单的分析计算RDI增长率和不同流体的属性。作为例子，我们介绍了几个新的不稳定性，这可能会看到应用程序在各种物理系统从大气层到原行星盘，星际介质，银河系外流。我们介绍的基于矩阵的共振形式主义也可以更普遍地应用于其他（非流体）的情况下，提供了一个简单的方法来计算和理解相互作用系统的稳定性。
2018-03-23 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetic field amplification and structure formation by the Rayleigh-Taylor instability
我们报告的结果，高分辨率的两个流体非线性模拟的瑞利泰勒不稳定性（RTI）在日珥和日冕之间的接口。这些结果遵循Popescu Braileanu等人（2021 a，b）在此环境中线性和早期非线性RTI动力学的早期报告结果。模拟使用两种流体模型，包括中性粒子和电荷之间的碰撞，包括电离/复合，能量和动量转移以及摩擦加热。高分辨率的2.5D磁化RTI模拟的磁场占主导地位的垂直和轻微剪切相对于日珥平面表明，在一个充分发展的状态RTI的一个大部分的引力能量的日珥线程可以转换成准湍流能量的磁场。RTI磁能的产生还伴随着磁和等离子体密度结构的形成，包括电流片和等离子体分子结构的动态形成、分裂和合并。模拟结果表明，在磁化RTI的结构形成的中性粒子和电荷之间的流动去耦和电离/复合反应的作用。我们提供了一个仔细检查的来源和形式的数值耗散的演变磁场结构。
2022-12-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electromagnetic emission from plasma with counter-streaming electron beams in the regime of oblique instability dominance
本研究通过粒子模拟探讨反向传播电子束注入等离子体产生电磁辐射的问题，发现激发小尺度斜等离子体振荡可实现高束辐射转换效率，辐射产生于等离子体频率二次谐波附近，且效率与光谱不依赖束厚度，系统参数可由精确线性理论确定。
2023-08-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
