The slow collisional ExB ion drift characterized as the major instability mechanism of a poorly magnetized plasma column with an inward-directed radial electric field
研究了具有向内径向电场的圆柱形弱磁化等离子体的低频不稳定性随气压和离子回旋频率的变化。当气体压力增加时，不稳定频率总是降低，表明碰撞效应。在一定压力下，当B场较低时，不稳定频率随磁场的增大而增大，当磁场强度较大时，不稳定频率随磁场的增大而减小。我们发现，当离子回旋频率等于离子与中性粒子碰撞频率时，这两个区域之间发生了跃迁。这与电离子漂移的碰撞慢化引起的慢离子漂移不稳定性理论一致（A。Simon，Phys.Fluids 6，382，（1963）.
2016-02-19 physics.plasm-ph
Kinetic modeling of three-dimensional electrostatic-solitary and surface waves in beam neutralization
本工作研究了基本的等离子体过程中所涉及的离子束的空间电荷由灯丝发射的电子使用粒子在细胞模拟。虽然灯丝中和是经济的，但以前的实验表明，在这个过程中会激发出各种波，从而限制了空间电荷中和。在这项工作中，静电孤立波（ESW），具有低耗散率的形成和运动，其特征在于为二维平面和三维圆柱形光束，并观察到产生的波，生存了很长一段时间，减缓的过程中的束中和。此外，通过一维Bernstein-Greene-Kruskal（BGK）的分析，我们发现，非麦克斯韦性质的束电子产生的大尺寸ESW是不预测的理论，假设电子可以描述由麦克斯韦分布。我们的PIC模拟是足够敏感的，能够解决重要的三维效果，在一个3D圆柱形的几何形状，导致激发的Trivelpiece-Gould表面波由于高能电子存在于中和开始。
2022-03-03 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Propagation characteristics of dust$-$acoustic waves in presence of a floating cylindrical object in the DC discharge plasma
研究了$-$自激尘埃声波的实验观测及其在有、无漂浮圆柱体时的传播特性。实验是在直流辉光放电尘埃等离子体中进行的。尘埃粒子悬浮在等离子体与阴极鞘层的界面处。在尘埃介质中自发激发的DAW，并发现在较低的压力下，在阈值放电电流以上的离子漂移的方向（沿重力）传播。这种低频波的激发是尘埃云中离子-尘埃流不稳定性的结果。当存在一个半径大于尘埃德拜长度的漂浮圆柱体时，传播的尘埃声波的特性得到了改变。而不是在垂直方向上传播，发现在存在的浮动对象（保持垂直或水平）的DW斜向传播。此外，水平排列的漂浮物在鞘层区域的锥形尘埃云中形成波浪结构。的变化的传播特性的DAWs解释的基础上修改的电位（或电场）分布，这是一个后果的耦合鞘周围的圆柱形物体和阴极。
2016-05-03 physics.plasm-ph
Experimental investigation of an electronegative cylindrical capacitively coupled geometrically asymmetric plasma discharge with an axisymmetric magnetic field
本研究在几何不对称圆柱形电容耦合射频放电中混合电负性氧气与电正性氩气，探究轴向磁场对负离子产生的影响。磁场引起ExB漂移，约束高能电子于边缘，降低体相密度与负离子比例，但升高电子温度。结论表明低磁场更利于负离子生成，且磁场与气体比例共同调控负离子比例。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Negative-energy perturbations in cylindrical equilibria with a radial electric field
在麦克斯韦漂移动力学理论的框架下，研究了磁约束等离子体圆柱平衡中径向电场$E $对负能量扰动（NEPs）的影响.结果表明，对于具有平行于磁场的非零分量的波矢量，E=0 [G. N. Throumoulopoulos和D. Pfirsch，Phys.Rev.E53，2767（1996）]仍然有效，而被发现是最重要的扰动的垂直NEP的存在条件被修改。对于$|e_iϕ|\approx T_i$（$ϕ$是静电势）和$T_i/T_e > β_c\approx P/(B^2/8π)$（$P$是总等离子体压力），一种在磁约束系统中具有操作意义的情况，垂直NEP的存在取决于$e_νE$，其中$e_ν$是粒子种类$ν$的电荷。在这种情况下，电场可以降低具有相同抛物线压力分布的类托卡马克和类仿星器平衡的边缘区域中的NEPs活性，电子NEPs的减少比离子NEPs的减少更明显。
1997-09-04 physics.plasm-ph
The ion acoustic instability of the cylindrical inhomogeneous helicon discharge plasma with rotating electrons
本文建立了柱对称螺旋波产生的圆柱形等离子体微观不稳定性的动理学理论，揭示了电子角向稳态旋转新效应，推导了相关积分方程与色散方程，并得到高频离子声不稳定性的解析解。
2022-06-24 physics.plasm-ph
Stability of drift waves in a field reversed configuration
在没有环形磁场的场反转结构中，漂移波在等离子体输运中起着重要的作用。在这些系统中，极向场的短连接长度通过影响波粒共振而导致显著的稳定。在大长径比的限制下，场反转位形采用圆柱形Bennett箍缩模型。从动力学理论出发，导出了普适模的径向本征模方程，并用二次型方法研究了其稳定性。场线的短连接长度导致等离子体内部的离子朗道阻尼，并且模式的稳定性取决于温度比Ti/Te的值
2008-11-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Comment on "Ion velocity analysis of rotating structures in a magnetic linear plasma device" [Phys. Plasmas 25, 061203 (2018)]
在最近的一篇论文（Phys. Plasmas 25，061203，2018）中，作者分析了在低磁场下等离子体中产生的重离子所经历的电离子漂移速度。不幸的是，他们使用了经典的ExB漂移公式，该公式仅适用于平板几何形状。作者没有考虑到圆柱形的几何形状会引起离子绕柱轴的缓慢电漂移。此外，离子的低磁化引起大于等离子体柱的直径的拉莫尔半径。离子刚产生后的运动与局部电场平行，而不是如作者所指出的垂直。大多数情况下，离子在经历沿着经典指导中心理论计算的电漂移之前被中和。作者没有仔细考虑到这一点，因此本文提出的激光诱导荧光测量的理论分析显然是无效的。
2019-07-02 physics.plasm-ph
Discharge characteristics of a low-pressure geometrically asymmetric cylindrical capacitively coupled plasma with an axisymmetric magnetic field
本文实验研究了轴对称磁场对低压几何非对称圆柱形电容耦合等离子体放电特性的影响，发现磁场可调控放电非对称性、电子温度及 EEDF，并实现离子能量与通量的独立控制。
2023-06-01 physics.plasm-ph
Wave modelling in a cylindrical non-uniform helicon discharge
采用基于麦克斯韦方程组和冷等离子体介电张量的射频场求解器描述了圆柱形非均匀螺旋放电中观察到的波动现象。实验是在最近建成的线性等离子体-物质相互作用装置--磁化等离子体相互作用实验装置（MAGPIE）上进行的。D.布莱克威尔，J.F.卡内塞斯角Samuell，J. Wach，J. Howard，and C. S. Corr，2012年3月25日提交给Plasma Sources Science and Technology]，其中等离子体密度和静态磁场都是轴向位置的函数。从源到靶板的场强增加了15倍，等离子体密度和电子温度径向不均匀。与增强因子为9.5的电子-离子库仑碰撞频率，12%的天线半径减少，和相同的其他条件中所采用的实验中，求解器产生的轴向和径向轮廓的波的振幅和相位是一致的测量。离子声湍流，这可能会发生，如果电子漂移速度超过声速在磁化等离子体中，可能占9.5的因素，用于匹配模拟结果与实验数据。为了克服RF解算器的单m真空解的限制，其只能计算玻璃对天线的相同模式数的响应，我们调整了天线半径以匹配等离子体中的波场强度。(not由于字数有限，请看全文）
2012-05-16 physics.plasm-ph
High-Resolution Particle-In-Cell Simulations of Two-Dimensional Bernstein-Greene-Kruskal Modes
本文通过高达2048^2网格的二维PIC模拟验证了二维BGK模式的解析稳态解，并发现其在强背景磁场下稳定、弱磁场下失稳，失稳表现为方位角静电波激发并演化为螺旋图案。
2023-11-15 astro-ph.GA physics.comp-ph physics.plasm-ph
Self-pinching of a relativistic electron bunch in a drift tube
电荷密度$ρ$为$10^2$至$10^3$ [nC/cm $^3$ ]量级、能量介于$20.$和$100.$ [MeV]之间、峰值电流$>100$ [A]、束长介于0.3和1.8 [cm]之间、束电荷为2.0至$20.$ [nC]的电子束团与自由电子激光器和未来直线对撞机的设计有关。在本文中，我们提出了一个粒子在一个细胞（pic）代码的漂移管中的电子聚束进行数值模拟的结果。电子聚束具有圆柱对称性，其中$z$轴定向在运动方向上。电荷密度分布在径向上是常数，在纵向上是高斯分布。电子束团在脉冲的中间经历径向箍缩，对应于峰值电子密度，以及相关发射度的显著增长。这种行为的解释，并确定一个近似的标度律。从PIC和PARMELA代码的结果进行了比较。
1997-08-12 physics.acc-ph physics.class-ph physics.comp-ph
A 14-moment maximum-entropy description of electrons in crossed electric and magnetic fields
一个14矩的最大熵方程系统被施加到描述的非平衡电子在交叉电场和磁场，并在存在低碰撞，低温等离子体设备的特性。通过与稳态非平衡速度分布函数的分析结果和与时间相关的动力学方程的基于粒子的解决方案进行比较，分析了该制剂的灵活性。从动力学理论出发，导出了14矩方程的电源项和磁源项。一个简化的BGK类碰撞项制定来描述电子与背景中性粒子的碰撞，占大的质量差距和能量交换。一个近似的表达式提出的碰撞频率，包括电子漂移速度的影响，显示出良好的精度在所考虑的条件。所提出的14矩封闭准确地捕捉非平衡行为的电子的空间均匀的问题下的霍尔推力器中发现的条件下的代表的能力被证明。
2021-03-26 physics.class-ph physics.plasm-ph
Hybrid guiding-centre/full-orbit simulations in non-axisymmetric magnetic geometry exploiting general criterion for guiding-centre accuracy
为了确定在什么条件下应使用引导中心或全轨道跟踪，提出了对磁场的空间变化的估计，不仅考虑到梯度和曲率项，而且考虑到平行电流和磁力线的局部剪切。该准则是一般的三维磁平衡，包括仿星器等离子体。详细介绍了如何实现它在圆柱坐标系，并在通量坐标依赖于几何环角。给出了一种在一阶Larmor半径范围内实现制导中心方程和全轨道方程之间切换的方法。技术被应用到MAST（兆球托卡马克）螺旋芯平衡，其中内扭结磁通表面被紧紧地压缩对外轴对称地幔和平行电流的峰值在近合理的表面。这是把关系到更简单的情况$\vec{B}(x,y,z) = B_0 [\sin(kx) \vec{e_y} + \cos(kx)\vec{e_z}]$，其中完整的轨道和最低阶漂移得到分析。在扭结平衡，NBI快离子的完整轨道的数值求解，并遵循螺旋漂移表面。这一结果部分解释了MAST长寿命模（LLM）存在时NBI快粒子的离轴再分布。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Pattern formation in Vlasov-Poisson plasmas beyond Landau caused by the continuous spectra of electron and ion hole equilibria
本文介绍了一种适用于驱动现实即非理想化等离子体的高起伏水平的升级波理论。最重要的是，这意味着放弃众所周知的线性波动理论的概念，转而采用完全非线性的理论。根据作者的早期出版物（H。Schamel，Plasma Phys.14（1972）905），并得到最近真实噪声等离子体的Vlasov-Poisson模拟的支持，提出了一个扩展的框架，该框架不仅涵盖了相干空穴结构的基本特征，而且还能够对当前的波动理论进行必要的修正。这些修正是早就应该做的，可以简单地总结为：当充分处理平衡态时，线性弗拉索夫动力学的损失（即线性朗道理论和连续van Kampen光谱的失败）。一个线性稳定性分析的单谐波，成功地结合了被困粒子的影响（与以前的分析相反），显示了一个无条件的边缘稳定性独立的漂移之间的电子和离子，这无疑与朗道的理论相矛盾。此外，负能量的空穴特别令人感兴趣，因为它们在动力学系统中充当吸引子。它们是释放更多模式的来源，从而增加间歇性湍流的水平。总之，无碰撞等离子体中的斑图形成本质上是非线性和动力学的。然而，有一个令人满意的，如果还没有完成，了解其过程的双重范式转变是必要的：一个从传统的线性，离散波模型的非线性波模型处理连续光谱由于捕获和第二个从BGK到本方法的正确处理平衡。
2022-05-17 physics.plasm-ph
Plasma Diagnostic and Performance of a Permanent Magnet Hall Thruster
电推进是目前深空长时间任务主推进和地球同步卫星姿态控制的成功方法。封闭漂移等离子体推力器，所谓的霍尔推力器或SPT（静止等离子体推力器）最初是在苏联（古苏联）设想的，现在它是由法国，美国，以色列，俄罗斯联邦和巴西等几个国家的航天局，空间研究机构和工业开发的。在这项工作中，我们展示了等离子体特性和性能的霍尔推力器设计的创新概念，它使用一个阵列的永磁体，而不是一个电磁铁，产生径向磁场内的圆柱形等离子体漂移通道。在这个新概念中，我们希望在功率消耗范围内开发一种霍尔推进器，该推进器将扩展到中小型卫星。等离子体密度和温度的空间轮廓内和外的推力器通道将显示。空间等离子体电位，离子温度测量的基础上多普勒展宽的谱线和离子能量测量显示为不同的等离子体生产制度。实验测得的推进和功耗也将显示和计算模拟模型使用相同的等离子体实验条件进行比较。在这两种情况下，结果都显示出40mN至80mN之间的推力范围，这接近于使用少30%的电力的商用SPT 100获得的推力水平。
2004-10-20 physics.plasm-ph
Intrinsic suppression of turbulence in linear plasma devices
等离子体湍流是线性装置和托卡马克中磁化等离子体中热量和粒子的主要输运机制，因此研究湍流对限制和控制这种输运具有重要意义。线性装置提供轴向磁场，当等离子体沿着磁场从源行进到撞击点时，该轴向磁场用于将等离子体限制在圆柱形几何形状中。由于垂直输运，等离子体密度和温度具有大致高斯的径向分布，具有驱动不稳定性的梯度，例如电阻漂移波和开尔文-亥姆霍兹。如果不稳定，这些不稳定性会导致扰动增长，导致饱和湍流，增加热量和粒子的跨场传输。当等离子体从源出现时，存在时间$τ_{\parallel}$，其基于装置的平行速度和长度描述等离子体的寿命。当等离子体沿装置向下移动时，其也根据$E\times B$和抗磁速度在方位角上移动。在这些平行和垂直的时间中有一个平衡点，它设置了稳定阈值。我们模拟等离子体的各种平行长度和磁场，分别改变平行和垂直的寿命，并发现有一个明确的饱和RMS密度扰动水平之间的相关性和这些寿命之间的平衡。当$τ_{\parallel}\approx11τ_{\perp}$ .这也与乘积$τ_{\parallel}γ_*$有关，其中$γ_*$是漂移波线性增长率，表明不稳定性必须存在大约100倍的增长时间，以使不稳定性进入非线性增长阶段。我们探索这种相关性的根源和线性器件设计的影响。
2017-06-14 physics.plasm-ph
Study on creation and destruction of transport barriers via effective safety factors for energetic particles
具有低动能的带电粒子沿磁场线运动，但高能粒子则不然。我们研究了高能粒子相对于磁性粒子在相空间中的拓扑结构变化。在这项研究中，圆柱形磁场与非单调的安全系数，诱导的磁性内部传输屏障被认为是。我们表明，磁场线和粒子轨迹的拓扑结构可以是完全不同的。我们用有效粒子$q$分布的概念解释了这种差异。利用这个概念，我们可以研究不同于磁性轨道的粒子轨道的共振的位置和存在。这些都是检查数值积分的运动方程和理论上通过使用阿尔文的指导中心理论和使用的有效约化哈密顿量的可积未扰动系统。阐明了对于高能粒子，梯度$B$漂移效应使共振态发生漂移，而磁场线弯曲引起的漂移导致共振态消失.因此，我们给出了两种不同的机制，导致在该地区的磁场线是混乱的高能粒子的输运势垒的创建。
2016-10-10 nlin.CD physics.plasm-ph
Detection of Surface Waves During Femtosecond Filamentation
本研究针对飞秒成丝产生的等离子体辐射机制，通过D-dot探针近场测量验证了表面等离激元极化激元表面波激发并脱离形成射频脉冲的理论，证实径向场分布符合汉克尔函数、频率漂移与模拟及解析预期一致。
2024-12-06 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
Electron dynamics in planar radio frequency magnetron plasmas: I. The mechanism of Hall heating and the μ-mode
研究通过解析模型与ECCOPIC1S-M模拟揭示磁增强电容耦合等离子体中由Hall电流和E×B漂移导致的新型RF加热机制，并命名为μ-mode。
2022-11-09 physics.plasm-ph
Kinetic Optimization of Magnetic Mirror Confinement: Beyond Classical Loss-Cone Theory
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Google Research（谷歌研究）
该研究将磁镜设计建模为PDE约束优化问题，发现经典损失锥理论未涵盖的自洽电场效应及模型对最优磁场构型的影响，指出需考虑等离子体非线性动力学以优化磁镜。
2026-07-30 math.OC physics.plasm-ph
