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
Radiation Pressure Driven Ion Weibel Instability and Collisionless Shocks
来自逆流等离子体流的韦伯不稳定性是天体物理中与无碰撞激波形成密切相关的基本过程。在这封信中，我们调查，通过二维和三维模拟，合适的配置的实验室调查的离子韦伯不稳定性（IWI）驱动的快速准中性等离子体流发射到目标通过辐射压力的超高强度（UHI）激光脉冲（“钻孔”过程）。在斜入射的S-偏振光的使用被认为是驱动IWI的最佳配置，因为它防止了在垂直入射时观察到的表面波纹的发展，这将导致强电子加热并有利于竞争不稳定性。IWI演变成无碰撞冲击的条件进行了研究。
2017-08-11 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
Collisionless Weibel shocks and electron acceleration in gamma-ray bursts
本文研究了伽马射线暴中的无碰撞外激波。通过自洽的三维粒子模拟，对冲击波结构、电磁场和电子加速过程进行了分析。根据流体动力学激波系统，激波由反向激波（RS）和前向激波（FS）组成，它们之间由接触间断（CD）隔开。其发展和结构受离子韦伯不稳定性控制。离子丝是在双激波结构两侧的强横向电磁场的源，长度为30 - 100离子趋肤深度。电子被加热到最大能量$ε_{\rm ele}\approx \sqrt{ε_{\rm b}}$，其中$ε$是归一化为总入射能量的能量。由于双极电场的存在和冲击区强横向磁场的反射，喷流电子被捕获在RS过渡区。在类似于离子的冲击冲浪加速（SSA）的过程中，电子经历漂移运动并通过垂直于冲击传播方向的平面中的离子丝横向电场加速。最终加速的喷射电子对流回到上游。
2015-08-22 astro-ph.HE 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
Magnetic field generation by the Weibel instability at temperature gradients in collisionless plasmas
韦伯不稳定性可能是各种物体产生磁场的原因，例如伽马射线暴、活动星系核的喷流和星系团。利用数值模拟，在温度梯度下的韦伯不稳定性的发展进行了研究。研究发现，在梯度方向上首先产生电流片，然后电流片被圆整并转变为电流丝。在这个过程中，在灯丝周围产生回流，阻止灯丝合并。细丝周围的磁场至少持续到t~8000/ω_p，其中ω_p是等离子体频率，它们很可能存活更长的时间。
2006-10-30 astro-ph physics.plasm-ph
Physics of relativistic collisionless shocks: The scattering center frame
在这一系列的第一篇论文致力于非磁化，相对论性无碰撞对冲击的微观物理，我们讨论的韦伯型横向电流偏转不稳定性（CFI）的物理发展的冲击前兆，通过一个超相对论性超热粒子束与背景等离子体的相互作用。我们特别介绍的概念“韦伯框架”，或散射中心框架，其中的微湍流主要是磁性的性质。我们计算这个框架的属性，首先使用动力学制剂的线性阶段的不稳定性，依赖于麦克斯韦-Jüttner分布函数，然后使用准静态模型的非线性阶段的不稳定性。这两种方法都表明：（i）韦伯坐标系相对于背景等离子体以亚相对论速度运动，因此相对于激波阵面以相对论速度运动;（ii）韦伯坐标系相对于背景等离子体的速度与$ξ_{\rm b}$成比例，即，的压力的超热粒子束的动量通量密度进入冲击的单位;及（iii），韦伯帧移动略低于背景等离子体相对于冲击波前。我们的理论结果被发现是在专用的大规模2D 3V PIC模拟进行的测量满意的协议。
2019-07-25 astro-ph.HE 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
From Weibel seeds to collisionless dynamos beyond pair-plasmas
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究通过无碰撞湍流模拟揭示了弱碰撞性团簇介质中磁场种子生成与后续磁流体动力学放大之间的时空尺度桥梁，探讨了闭合条件对等离子体行为转变的影响。
2026-05-08 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Observation of magnetic field generation via the Weibel instability in interpenetrating plasma flows
等离子体流中的强磁场可以产生无碰撞冲击，因此在许多天体物理系统中很常见。韦伯不稳定性是产生足够强的场以产生无碰撞激波的一种候选机制。尽管韦伯不稳定性在天体物理系统中扮演着重要的角色，但在实验中观测韦伯不稳定性产生的磁场一直是一个挑战。使用质子探针直接成像电磁场，我们提出的证据，韦伯产生的磁场，生长在相反的，最初未磁化的等离子体流从激光驱动的实验室实验。三维粒子模拟表明，不稳定性有效地从等离子体流中提取能量，并且自生的磁能达到系统总能量的百分之几。这一结果表明，该实验平台适合于调查广泛的天体物理现象，包括超新星遗迹中无碰撞激波的形成、大规模磁场放大和伽马射线暴的辐射特征。
2015-03-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Weibel Instability in Collisionless Plasmas Across Astrophysical and Laboratory Shocks
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
本文通过冷流体分析研究了Weibel不稳定性在四种不同情形下的表现，得出了最大增长率和特征不稳定性波数的标度关系，并验证了实验数据与理论预测的一致性。
2026-03-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonthermal Electron Acceleration at Collisionless Quasi-perpendicular Shocks
冲击波在无碰撞的日光层和天体物理等离子体中的传播已经被广泛研究了几十年。一个主要的动机是了解冲击时的非热粒子加速。虽然扩散激波加速（DSA）理论长期以来一直是宇宙射线在激波加速的标准，粒子加速的等离子体物理理解仍然难以捉摸。本文综述了近几年来在准垂直冲击下电子非热加速机制的研究进展。本评论中的讨论仅限于以下三个具体主题。第一种是随机冲击漂移加速（SSDA），这是一种相对较新的电子注入DSA的机制。本文将讨论其基本机制、相关的现场观测和动力学模拟结果，以及它与DSA的联系。其次，我们讨论了与年轻超新星遗迹（SNRs）有关的高马赫数激波的激波冲浪加速（SSA）。虽然一维假设下的原始建议是不现实的，SSA现在已被证明是有效的一个完全三维的动力学模拟。最后，我们讨论了目前的理解磁化韦伯主导的冲击。激波结构内自生电流片的自发磁重联是韦伯产生的强磁湍流的有趣结果。我们认为，高马赫数冲击与阿尔芬和声音马赫数超过20-40将可能表现为韦伯主导的冲击。尽管最近有一些有趣的发现，SSDA，SSA，和磁重联的电子加速在无碰撞冲击的相对作用，以及如何占主导地位的粒子加速机制的变化取决于冲击参数仍然有待回答。
2022-09-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Weibel instability and~quasi-magnetostatic structures in~an~expanding collisionless plasma
本研究针对膨胀无碰撞等离子体中的电子Weibel型不稳定性，结合不同外磁场、热电子注入形式及背景等离子体条件，通过粒子模拟揭示电流结构演化规律，可为实验室和空间等离子体的电流成丝及磁湍流问题研究提供支撑。
2023-12-09 physics.plasm-ph
Ion Weibel Instability in the hybrid framework: the optimal resolution
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究等离子体混合框架中离子韦贝尔不稳定性在弱磁化区域的最优分辨率要求及验证方法，通过混合模拟和全粒子-细胞模拟对比，揭示了离子尺度不稳定性对韦贝尔磁场增长和饱和的影响。
2026-07-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Enhanced Magnetic Field Amplification by Ion-Beam Weibel Instability in Weakly Magnetized Astrophysical Shocks
本文研究弱磁化激波中离子束韦贝尔不稳定性，发现背景磁场会显著影响其演化，并通过粒子模拟揭示磁化电子情形下存在类发电机磁场放大机制，最终引发自发磁重联，适用于年轻超新星遗迹激波。
2023-12-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Evolution of three-dimensional Relativistic Ion Weibel Instability: Competition with Kink Instability
在本文中，我们报告了我们最近的相对论韦伯不稳定性和它的非线性饱和进行数值模拟的无碰撞等离子体的发现。分析所得到的数值结果表明，韦伯不稳定性的非线性阶段可以描述的特征相的基础上的粒子和阿尔文极限电流的韦伯细丝的电流密度。基于能量原理分析了磁流体动力学（MHD）区的相对论性扭结不稳定性，发现在高达1000 $ω_{p,i}^{-1}$的磁流体动力学区，韦伯细丝不发生相对论性扭结不稳定性.这一发现使得相对论性韦伯不稳定性能够维持磁场，这种不稳定性足以成为MHD发电机的种子。
2019-04-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
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
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
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
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
Collisionless Shocks Mediated by Shear-Flow Magnetic Fields in Ultraintense-Laser-Produced Counter-Streaming Plasmas
Zhejiang University（浙江大学）
研究通过粒子-网格模拟揭示了超高强度激光产生反向流等离子体中，剪切流离子-魏贝尔不稳定性通过生成磁场介导无碰撞激波形成，显著降低了激波形成时间和激光能量需求。
2025-11-25 physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of the ion Weibel-filamentation instability: an analytical model for the evolution of the plasma and spectral properties
我们提出了一个预测模型的非线性相位的韦伯不稳定性引起的两个对称的，逆流离子束在非相对论制度。这种自洽模型将Davidson等人[Phys. Fluids 15，317（1972）]的准线性动力学理论与电流丝聚结的简单描述相结合。它使我们能够遵循的离子参数的演变到一个阶段接近完成各向同性，因此是最感兴趣的了解碰撞冲击形成的动力学。它的预测支持的2-D和3-D粒子在细胞模拟的离子韦伯不稳定性。导出的近似解析解揭示了离子弛豫对各向同性的各种依赖关系。特别是，它被发现的电子屏蔽的影响，可以影响使用非物理的电子质量的模拟结果。
2015-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-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
Physics of collisionless shocks - theory and simulation
无碰撞冲击发生在物理学的各个领域。在空间和天体物理学的背景下，它们已经被研究了几十年。然而，对冲击波的形成和粒子加速的彻底理解仍然缺失。无碰撞冲击可分为电磁冲击和静电冲击。电磁冲击主要在天体物理环境中起重要作用，它们由韦伯不稳定性或定向不稳定性介导。在这种冲击中，带电粒子通过扩散冲击加速获得能量。静电冲击的特征在于强静电场，这导致电子捕获。离子被静电势的反射加速。冲击波的形成和粒子加速将在理论和模拟中讨论。
2015-09-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear Kinetic Development of the Weibel Instability and the generation of electrostatic coherent structures
在二维速度空间中，用Vlasov程序研究了无碰撞等离子体中电子分布函数各向异性驱动的韦伯不稳定性的非线性演化.结果发现，这种不稳定性所产生的电磁场引起的电子在相空间中的分布函数的强烈变形，对应于高度膨胀的磁涡旋。最终，这些变形导致产生短波长朗缪尔模式，其形成对应于静电势跳跃的高度局部化的静电结构。
2010-08-13 physics.plasm-ph
Electron Surfing and Drift Accelerations in a Weibel-dominated High-Mach-number Shock
本文用三维从头算粒子模拟方法研究了电子在高马赫数准垂直激波中如何被加速到相对论能量。我们发现，相干静电布曼波和离子韦伯磁湍流共存于一个强冲击结构，使粒子获得能量在冲击冲浪和随后的随机漂移加速。最初经历冲浪加速度的高能电子通过与磁湍流相互作用进行俯仰角扩散，并在激波过渡区的限制期间连续加速。离子-韦伯湍流是电子有效非热加速的关键。
2017-09-12 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Interplay between the Weibel instability and the Biermann battery in realistic laser-solid interactions
一种新的设置允许的韦伯不稳定性和它的相互作用与比尔曼电池探测激光驱动的无碰撞等离子体。用从头算粒子模拟方法研究了短脉冲（$ \le ps$）强$(a_0 \ge 1)$激光脉冲与过密等离子体靶的相互作用，结果表明，在脉冲激光作用下，可观察到韦伯产生的磁场。只要梯度尺度长度比局部电子惯性长度大得多，这种场强就超过了通常在实验中占主导地位的比尔曼电池的场强;这可以通过在靶的前面仔细设置适当的梯度来实现，例如通过调谐主激光脉冲和预脉冲之间的延迟。
2019-07-24 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
Detailed Analysis of Filamentary Structure in the Weibel Instability
我们提出了一个2D 3V动力学Vlasov模拟的韦伯不稳定性的结果。动力学Vlasov模拟使我们能够研究稀等离子体的速度分布，其中粒子之间的碰撞的影响可以忽略不计，并且具有计算的速度分布的精度不依赖于物理空间中每个点处的等离子体密度的优点。我们成功地再现了其他模拟中所显示的韦伯不稳定性的一些特征，如指数增长相、磁场强度饱和、非线性结构的形成以及细丝的合并等。特别地，我们着重研究了在磁场强度饱和后的丝的行为，发现在并合之前存在一种准平衡态。此外，还发现2D 3V Vlasov-Maxwell系统定态的解析解能再现准平衡态的一些主要特征，如磁场的位形和各点的速度分布.该解析表达式可以给出一个合理的模型，过渡层的碰撞激波的强磁场产生的韦伯不稳定性提供了一个有效的耗散过程，而不是粒子之间的碰撞。
2009-01-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On collisions driven negative energy waves and Weibel instability of a relativistic electron beam in a quasi-neutral plasma
提出了一个新的描述强流相对论束流通过电阻等离子体的韦伯不稳定性的准中性模型。它把电子束看作是运动的粒子，而周围的等离子体则看作是非相对论性的流体。对于有限温度梁，识别出一类新的负能量磁声波，它可以具有负能量。它们的增长，由于碰撞耗散在冷返回电流不稳定的束等离子体系统，即使是高的束温度。我们进行详细的二维和三维粒子在细胞（PIC）模拟的热束和碰撞等离子体。结果表明，在三维空间中，韦伯不稳定性仍然存在，即使是物理碰撞的背景等离子体。异常等离子体电阻率则是由双流不稳定性引起的。
2008-09-02 physics.plasm-ph
Microphysics of Particle Reflection in Weibel-Mediated Shocks
通过PIC模拟追踪正负电子对等离子体激波中的测试粒子，研究了Weibel介导激波中粒子反射的微观物理机制，揭示了约1%粒子注入效率的成因并提出了预测高能粒子比例的模型。
2023-10-19 astro-ph.HE 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
Interaction between electrostatic collisionless shocks generates strong magnetic fields
采用多维粒子模拟方法研究了静电冲击波之间的正面碰撞。结果表明，冲击波的速度明显下降，并在相互作用后产生了强磁场。这种横向磁场是由于韦伯不稳定性所造成的压力各向异性，由于纵向电子加热，而冲击接近对方。最后，它表明，这种现象可以在实验室中探索与当前的激光设备在一个显着的参数范围内。
2019-06-17 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
Electron heating in high Mach number collisionless shocks
本文提出高马赫数无碰撞激波中电子加热的新理论模型，揭示电子-离子惯性差异导致的差异性散射及双极电场与扩散输运的自洽作用，解释了Weibel磁场中的高效加热机制。
2024-05-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless shock formation, spontaneous electromagnetic fluctuations and streaming instabilities
无碰撞冲击在天体物理学和实验室中无处不在。最近的数值模拟和实验表明，它们是如何从两个无碰撞的等离子体壳的相遇中产生的。当壳层相互穿透时，重叠区域变得不稳定，触发了激波的形成。作为对该过程的微观理解的第一步，我们在这里详细分析了初始不稳定阶段。一方面，二维相对论PIC模拟进行两个对称的初始冷对等离子体碰撞。另一方面，分析了工作中的不稳定性，以及饱和场和被放大的种子场。对于温和的相对论运动和向前，韦伯模式支配线性相位。我们推导出的线性相位的持续时间与模拟吻合良好的表达式。这个饱和时间实际上构成了激波形成时间的下限。
2013-04-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic simulation of magnetic field generation and collisionless shock formation in expanding laboratory plasmas
最近的激光等离子体实验观测和研究了与磁化天体物理等离子体有关的一些基本物理过程，包括磁重联、无碰撞冲击和由韦伯不稳定性产生的磁场，为实验室天体物理学开辟了新的实验平台。我们开发了一个完整的动力学模拟模型的第一原理模拟这些系统，包括磁场的动态-磁场产生的比尔曼电池效应或韦伯不稳定性;平流的离子流，霍尔效应，能斯特效应;和破坏的领域耗散机制。动力学模拟，最近的实验，和天体物理等离子体之间的缩放，描述系统的关键无量纲参数。首先，模拟比尔曼电池磁场产生等离子体从薄目标扩展。两个相邻羽流的烧蚀导致形成一个电流片作为相对的比尔曼产生的领域碰撞，模拟最近的激光驱动的磁重联实验。其次，我们模拟最近的实验无碰撞磁化冲击产生，通过扩大活塞等离子体到预磁化的环境等离子体。对于所考虑的参数，Biermann效应在弯曲的激波阵面中产生额外的磁场，从而增加激波粒子反射。这两种情况下，等离子体与磁场的相互作用中的动力学过程的重要性，并打开机会，基准这些重要的过程，通过比较的理论和实验。
2017-12-01 physics.plasm-ph
Saturation Level of Ion Weibel Instability and Isotropization Length Scale in Electron-Ion Weibel-Mediated Shocks
本研究通过理论和粒子模拟，揭示电子物理决定离子韦伯不稳定性产生的磁场饱和水平，并建立各向同性化长度模型，发现电子加热对超相对论激波形成至关重要，而典型星际介质中的非相对论激波并非纯韦伯介导。
2024-05-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fermi acceleration in relativistic collisionless plasma shocks correlates with anisotropic energy gains
本研究通过PIC模拟研究相对论正负电子等离子体对撞产生的无碰撞激波，发现WI介导的激波使粒子按洛伦兹因子分叉，快慢粒子的能量增益受电场不同分量的影响存在各向异性差异。
2021-07-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonrelativistic collisionless shocks in weakly magnetized electron--ion plasmas: two-dimensional particle-in-cell simulation of perpendicular shock
本文采用二维粒子模拟方法研究了磁化参数为6 x 10^-5的弱磁化垂直激波，该参数相当于约130的高Alfvén马赫数M_A。它表明，电流丝形成在脚区的冲击，由于离子束-韦伯不稳定性（或离子扩散不稳定性），并产生一个强大的磁场。在下游区域中，这些电流丝还产生通常比上游磁场强15倍的缠结磁场。下游区电子和离子的热能不均分，温度比T_e / T_i ~ 0.3 - 0.4。在我们的模拟中没有观察到有效的电子加速，尽管一小部分离子在冲击反射时略有加速。模拟结果与Rankine-Hugoniot关系吻合得很好。它还表明，电子和离子被加热的底部区域的布尼曼不稳定性（电子）和离子声不稳定性（电子和离子）。然而，由于反射离子的相对高的温度，布尼曼不稳定性的增长率显著降低。出于同样的原因，离子-离子流不稳定性不会在足部区域增长。
2010-08-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-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
Electrostatic and electromagnetic instabilities associated with electrostatic shocks: two-dimensional particle-in-cell simulation
本文采用二维电磁粒子模拟方法研究了相对高速（~3000 km/s^-1）等离子体流中的静电无碰撞激波，以及激波周围可能产生的静电和电磁不稳定性对激波动力学的影响。结果表明，静电离子-离子不稳定性可以发展在前面的冲击，在那里的等离子体是在逆流条件下，具有高度倾斜的波矢，如前所述。由静电离子-离子不稳定性产生的静电势斜向激波表面传播，变得与激波势相当，最终激波结构被破坏。结果还表明，在激波前，束-韦伯不稳定性也逐渐增强，从而表明束-韦伯不稳定性产生的磁场在激波的长期演化中起重要作用，并且在静电激波消失后很长时间内，韦伯介导的激波才形成。还观察到，二次静电冲击形成在初级静电冲击前面的反射离子中。
2010-03-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Impact of continuous particle injection on generation and decay of the magnetic field in collisionless shocks
本文对连续注入新电子对的无碰撞正负电子等离子体中的磁场湍流进行了数值模拟，该等离子体在很长一段时间内保持粒子分布的各向异性。{With在这些模拟中，我们遵循流体共动框架模型中的小（且因此均匀）区域的演化，在冲击中磁场的产生和衰减，其中上游由于冲击的高能辐射的自吸收而被双光子对产生修改。我们发现，磁场建立的整体画面是一致的发展的韦伯不稳定性。然而，各向异性对在上游的长期注入导致形成大尺度结构的磁场，而小尺度结构几乎没有。我们发现，被放大的冲击波阵面，这个磁场主要保持其大的空间尺度，然后慢慢地衰减在下游的时间尺度约等于持续时间的注射阶段。观测到的磁场衰减与所谓的相混合模型的预测非常吻合。相对论无碰撞激波中长寿命磁场的产生与注入修改上游解释了它们如何能够有效地产生伽马射线暴中的同步辐射。
2016-06-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless electron-ion shocks in relativistic unmagnetized jet-ambient interactions: Non-thermal electron injection by double layer
采用自洽粒子模拟方法研究了相对论非磁化电子-离子冲击中的非热电子射出过程。激波是通过将相对论性喷流注入到环境等离子体中而激发的，导致两个不同的激波（称为尾激波和前导激波）和一个接触间断。类韦伯不稳定性将电子加热到大约离子动能的一半。然后，在后缘和前缘形成的双层通过离子动能加速电子。在前缘的电子分布函数显示出一个明确的非热幂律尾部，其中包含$\sim1\%$的电子和$\sim8\%$的电子能量。其幂律指数为-2.6。加速效率按个数计为$\sim23\%$，按能量计为$\sim50\%$，尾缘电子分布函数的幂律指数为-1.8。通过比较3D模拟与2D模拟的结果，研究了维数的影响。结果表明，二维电子加速效率更高。
2016-06-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Change of a Weibel-type to an Alfvénic shock in pair plasma by upstream waves
我们研究与粒子在细胞（PIC）模拟如何对等离子体中的平行冲击上游波，这是由逃逸的下游粒子驱动的反应。最初，在二维模拟中，激波是由磁致伸缩（梁-韦伯）不稳定性维持的。逃逸粒子驱动静电束流不稳定性上游。这些波对上游等离子体的修改几乎不影响激波。随着时间的推移，逃逸粒子的密度降低和温度升高会淬灭束流的不稳定性。沿磁场方向的热能大于垂直于磁场方向的热能会使对阿尔文模式不稳定。在上游等离子体的静止坐标系中，增长的成对阿尔文波的群速度低于激波的群速度，激波赶上波。在二维模拟中，积累的成对Alfvén波逐渐将激波从韦伯型激波变为初始条件下马赫数约为6的Alfvénic激波。
2020-05-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Long wavelength unstable modes in the far upstream of relativistic collisionless shocks
在超相对论极限下，计算了相对论粒子束与非磁化冷等离子体相互作用引起的长波动力学不稳定性的增长率。对于充分达到顶点的光束，所有的长波长模式被证明是韦伯不稳定的，并推导出一个简单的解析表达式，其增长率。对于大的横向速度扩散，这些模式变得稳定。给出了稳定性的解析条件。这些分析结果，概括了以前的文献中给出的，被证明是一致的色散方程的数值解和新的PIC模拟的结果，其中的电-磁场被限制到一个给定的k-模式。结果可以描述高能宇宙射线的相互作用，传播到相对论性无碰撞激波的远上游，与冷的非磁化上游。考虑的长波长模式可能是有效的偏转粒子和扩散冲击加速可能是重要的。结果表明，当相对论激波传播到电子-正电子对等离子体中时，这些模增长，而当相对论激波传播到洛伦兹因子为\lesssim 100的电子-质子等离子体中时，这些模被阻尼.如果这些模式占主导地位的偏转高能宇宙射线在电子-正电子冲击，有人认为，粒子加速被抑制在冲击帧能量大于下游热能的一个因素大于冲击洛伦兹因子。
2010-05-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic simulation of nonrelativistic perpendicular shocks of young supernova remnants. IV. Electron heating
高马赫数无碰撞激波存在于行星系统和超新星遗迹中。电子在这些冲击中被加热到远高于朗肯-于戈尼奥预测的温度。然而，负责电子加热的过程仍然没有得到很好的理解。我们使用一组大尺度的Particle-In-Cell方法模拟了高马赫数区域的非相对论激波，以阐明电子加热过程。这些冲击的物理性质由冲击斜坡处的离子反射定义。反射离子和上游等离子体的进一步相互作用激发静电布尼曼和双流离子-离子韦伯不稳定性。电子通过激波冲浪加速、激波势、磁重联、随机费米散射和激波压缩被加热。主要贡献者是冲击电位。磁场线由于韦伯不稳定性而缠结，这允许由冲击电位加热平行电子。电子加热的约束模型预测的离子-电子温度比在SNR冲击和土星的弓冲击观测值。
2020-08-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Weibel-dominated quasi-perpendicular shock: hybrid simulations and in situ observations
本研究通过混合动力学模拟与太阳风高马赫数激波的就地观测直接对比，发现激波脚区的离子Weibel不稳定性是观测波特性的成因，并提取了反射离子参数的线性近似以供解析模型使用。
2023-10-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Microstructure in two- and three-dimensional hybrid simulations of perpendicular collisionless shocks
超临界无碰撞垂直冲击具有主要由在磁斜坡处镜面反射的离子的动力学确定的平均宏观结构。在整个宏观结构中，线性和非线性的不稳定性产生波动和微观结构。为了确定这种微结构的来源，高分辨率的二维和三维模拟已经进行了使用的混合方法，其中的离子被视为粒子和电子响应建模为无质量的流体。我们证实了早期的2-D模拟结果，显示了场平行对齐的传播波动和波动进行的反射回转离子。此外，它示出，对于2-D模拟的冲击共面平面，在所有的磁性组件中的短波长波动的存在与离子韦伯不稳定性驱动的脚的上游边缘由反射回转离子。在3-D模拟中，我们第一次表明，占主导地位的微观结构是由于场平行的传播波动的斜坡和反射离子的运动之间的耦合。这导致了一种以与磁场方向倾斜的角度在激波表面反向传播的波动模式，这是由于斜坡的阿尔文速度下的场平行运动和反射离子的回转运动的组合。
2016-01-07 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Sustained interpenetrating plasma flows for the investigation of late time kinetic instability evolution
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Instituto de Investigaciones Energéticas y Aplicaciones Industriales（能源研究与工业应用研究所）
通过OMEGA激光设施生成持续的非碰撞等离子体流，研究电磁动能不稳定性非线性演化，利用FLASH模拟和汤斯散射测量确定等离子体条件，发现穿透流在至少11ns内保持非碰撞，支持Weibel不稳定的生长和非线性饱和。
2026-05-11 physics.plasm-ph
Electron acceleration in a nonrelativistic shock with very high Alfvén Mach number
利用二维全动力学PIC模拟方法，研究了非相对论性、超高Alfvén马赫数（$M_A \sim 45$）激波中电子加速与等离子体动力学不稳定性的关系.电磁（离子韦伯）和静电（离子声学和布尼曼）不稳定性强烈激活在同一时间在不同区域的二维激波结构。相对论电子主要是由激波冲浪机制与布尼曼不稳定性在前沿的脚迅速产生。能谱具有超过伴随主要热布居的上游离子动能的高能量尾部。这为激波前沿的离子声不稳定性提供了有利条件，而这反过来又导致了额外的振荡。大振幅离子韦伯不稳定性产生电流片的脚，这意味着另一种耗散机制，通过磁重联在三维激波结构中的非常高的$M_A$制度。
2013-10-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle acceleration and wave excitation in quasi-parallel high-Mach-number collisionless shocks: Particle-in-cell simulation
本文通过一个长期的、大规模的粒子模拟研究了准平行高马赫数无碰撞激波中质子和电子的激波形成和粒子加速过程。我们表明，质子和电子都在冲击波中加速，这些加速粒子在冲击波的上游区域产生大振幅的Alfvénic波。在上游波充分增长之后，由于波的大横向磁场，无碰撞激波的局部结构变得基本上类似于准垂直激波的结构。一小部分质子在激波中加速，能量分布类似于幂律。质子注入对加速过程的速率近似为常数，在注入过程中，上游波对质子的相位俘获机制起着重要作用。主要的加速过程是通过质子的重复冲击交叉的费米式过程。这个过程是一个“快”过程，因为大多数加速质子完成一个加速过程周期所需的时间比扩散时间短得多。一小部分电子也被相同的机制加速，并具有类似幂律的能量分布。然而，在模拟过程中，喷射没有进入稳定状态，这可能与上游波的间歇性活动有关。在冲击波的上游，一部分电子在到达冲击波之前被预加速，这可能有助于在稍后的时间稳定的电子注入。
2015-02-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent multicomponent magnetopause: Analytical description and kinetic simulation of complex distributed current sheets
本文通过粒子模拟研究无碰撞磁层顶的复杂电流片，发现其边界存在弯曲型不稳定性，内部可能产生 Weibel 型湍流，并验证了该模型在行星和恒星磁层顶研究中的适用性。
2024-12-21 physics.plasm-ph physics.space-ph
