Thermal instability of an expanding dusty plasma with equilibrium cooling
我们提出了一个辐射诱导的不稳定性在膨胀的等离子体相当大的尘埃粒子和平衡冷却的存在下的分析。我们已经表明，平衡膨胀和冷却不稳定的辐射凝结模式和尘埃粒子的存在增强了这种效果。我们已经检查了我们的结果的背景下，电离，尘埃等离子体环境，如行星状星云（PNE）中发现的。结果表明，由于非静力平衡和有限平衡冷却，由热不稳定性形成的小尺度局域结构变为瞬态，这与观测结果一致。尘埃电荷的波动被发现在很大程度上抑制这些不稳定性，但鉴于没有令人信服的实验数据，不能作出明确的结论。
2007-06-28 physics.plasm-ph
Collisionless cooling of perpendicular electron temperature in the thermal quench of a magnetized plasma
针对热猝灭中实验观测的垂直电子温度下降与平行输运理论预测不匹配的问题，本文提出冷电子稀释冷却和两类哨声不稳定性波粒相互作用两种无碰撞机制，解释了快速 $T_{e\perp}$ 冷却如何同步跟随 $T_{e\parallel}$ 的无碰撞骤降。
2023-12-13 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Electron heat flux and propagating fronts in plasma thermal quench via ambipolar transport
该研究从理论和数值层面探究托卡马克等离子体热猝灭机制，揭示双极输运约束下电子热通量的标度特性，以及沿磁力线传播的慢前沿、激波前沿对冷却过程的限制作用。
2023-08-21 physics.plasm-ph
Ultrafast Electron Cooling in an Expanding Ultracold Plasma
等离子体动力学关键取决于密度和温度，因此，良好控制的实验实现是理论模型的基本基准。超冷等离子体的形成可以通过由单个飞秒激光脉冲电离微米尺寸体积的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）中的可调数量的原子来触发。大的密度结合极低的温度的BEC产生一个最初的强耦合等离子体在迄今为止未探索的制度桥接超冷中性等离子体和电离的纳米团簇。在这里，我们报告的超快冷却的电子，被困在轨道轨迹上的远程库仑势的密集的离子核心，冷却速率为400 K/ps。此外，我们的实验设置授予直接访问的电子温度，从5250 K松弛到低于10 K在不到500 ns。
2021-02-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.plasm-ph
Collisionless Magnetorotational Turbulence in Pair Plasmas: Steady-state Dynamics, Particle Acceleration, and Radiative Cooling
该研究利用三维完全动力学剪切盒模拟和同步辐射冷却策略，揭示成对等离子体磁旋转湍流在动力学尺度的谱变陡、角动量输运及不依赖初始条件的非热粒子加速。
2024-06-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Staged cooling of a fusion-grade plasma in a tokamak thermal quench
本文研究了托卡马克破裂中磁连接长度较短时等离子体核热猝灭的四阶段冷却过程，发现主要温降发生在近无碰撞阶段且平行电子温度随时间以 $t^{-2}$ 下降，揭示了由平行电子热传导有效抑制导致的全新物理标度律。
2022-11-13 physics.plasm-ph
Radiative cooling induced coherent maser emission in relativistic plasmas
本文通过从头算高分辨率动理学模拟，首次揭示强磁化介质中经历同步辐射冷却的相对论性等离子体可经由电子回旋脉泽不稳定性自发产生相干线偏振辐射，且辐射损失延长了相干放大持续时间，为脉冲星发射和快速射电暴等天文现象提供了新解释。
2024-09-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Influence of Electron Evaporative Cooling on Ultracold Plasma Expansion
超冷中性等离子体（UCP）的膨胀主要由电子组分的热压驱动，因此对电子温度敏感。在较低密度（小于10 $^8$ /cm $^3$）下，蒸发冷却对UCP膨胀率具有显著影响。我们研究了在这个密度范围内的电子蒸发效应。由于密度低，三体复合的影响可以忽略不计。我们模拟的膨胀，考虑到电子温度的变化，由于蒸发以及绝热膨胀，发现与我们的数据很好的协议。我们还开发了一个简单的模型，初始蒸发的超冷等离子体密度，尺寸和电子温度的范围内，以确定在什么参数范围内电子蒸发预计有显着的效果。我们还报告了一种信号校准技术，它涉及到我们的检测器的信号的离子和电子的总数在超冷等离子体。
2013-04-22 physics.plasm-ph
An Innovative Transverse Emittance Cooling Technique using a Laser-Plasma Wiggler
我们提出了一个创新的光束冷却方案的基础上激光驱动等离子体尾场，以解决未来的直线对撞机的高亮度产生的挑战。对于直线对撞机，束流冷却是通过阻尼环与摇摆磁铁和加速腔装备。该方案确保通过同步辐射发射系统地减少相空间体积，同时通过加速腔补偿纵向动量损失。本文介绍了等离子体摇摆器的概念及其类似于磁摇摆器的有效模型;论证了等离子体摇摆器特性与阻尼特性的关系;提出了支持激光传输优化的粒子模拟方法。数值模拟了横向尾流场的振荡和由此产生的正弦探测束轨迹。与传统扭摆器相比，一个数量级更大的有效扭摆器场的形成被成功地说明。潜在的阻尼环设计的基础上，这种新型的等离子体为基础的技术和性能的阻尼时间和足迹进行了比较，现有的传统阻尼环设计。
2021-12-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Probabilistic principal component and linear discriminant analysis of interaction of 1064 nm CW laser with ICP plasma: Anti-Stokes cooling due to analogue black hole
已知模式识别和机器学习技术在研究光-物质相互作用的基础物理学方面发挥着新兴作用。在这个问题上，光子凝聚和反斯托克斯冷却仍然是激光与欠稠密等离子体相互作用的引人注目的现象。采用概率模式识别方法研究了1064 nm连续波激光与感应耦合等离子体（ICP）相互作用的时间分辨光谱数据，得到了模拟黑洞（ABH）及其激发同宿轨道哨声波的三维矢量场.矢量谱表明，凝聚和反斯托克斯冷却的集体行为是由于Hg 1的电子跃迁被激光的ABH声子阱所俘获。通过概率线性判别分析（PLDA）获得的亚音速声子矢量谱的建模估计的0.70纳开尔文的ABH的汇区的温度。
2020-12-02 physics.plasm-ph
Two-Phase Structure of Synchrotron-Cooling-Unstable Relativistic Plasma
University of Oxford（牛津大学）；Merton College, Oxford（默顿学院）；Lady Margaret Hall, Oxford（圣玛格丽特厅）；Stanford University（斯坦福大学）
通过解析理论、PIC模拟和流体模拟，揭示相对论同步辐射冷却无碰撞高β对等离子体因SCI与SFHI相互作用而丝化为两相介质，并提出流体模型预测其演化与出现时间。
2026-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Catastrophic cooling instability in optically thin plasmas
本文发现光学薄等离子体中一种独立于热不稳定性的灾难性冷却不稳定性，其判据为Parker等容准则，碰撞电离平衡冷却函数易违反之，可能成为形成冷凝的替代机制。
2024-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Open Microwave Cavity for use in a Purcell Enhancement Cooling Scheme
本文描述了一种微波腔，它可以用来冷却轻子等离子体，以用于反氢的合成。冷却方案是珀塞尔效应的体现：当等离子体耦合到微波腔时，等离子体冷却速率通过增加回旋辐射的自发发射而共振增强。该腔形成了彭宁-马尔姆伯格阱的三电极部分，并具有凸出的圆柱形几何形状，其开口端与磁捕获轴对齐。这允许在不需要移动部件的情况下将等离子体注入腔体和从腔体移除，同时保持谐振模式的高品质因数。该腔体包括独特的表面准备，用于调整腔体品质因数并分别使用镍铬铁合金和胶体石墨薄层实现防静电屏蔽。讨论了具有强冷却能力和低平衡等离子体温度的腔的几何设计考虑。这种弱凸起设计的空腔将适用于需要开放几何形状的许多情况。
2016-09-09 physics.ins-det physics.plasm-ph
Electron Plasmas Cooled by Cyclotron-Cavity Resonance
我们观察到，高Q电磁腔谐振增加的回旋冷却率的纯电子等离子体中的潘宁-Malmberg陷阱时，电子的回旋频率，通过调整控制的磁场，匹配的频率的驻波模式在腔中。对于某些模式和捕获配置，这可以将冷却速率增加十倍或更多倍。在本文中，我们调查的冷却速率和平衡等离子体温度的变化在很宽的参数范围内，包括等离子体密度，等离子体位置，电子数，和磁场。
2016-09-28 physics.plasm-ph
Mixed properties of slow magnetoacoustic and entropy waves in a plasma with heating/cooling misbalance
日冕等离子体加热和冷却的过程以前被证明会显着影响慢磁声（MA）波的动力学，导致放大或衰减，也分散。然而，熵模式也被激发在这样的热激活的等离子体中，并且也受到加热/冷却不平衡的影响。这种模态通常与日冕雨现象和日冕的形成有关。与绝热等离子体不同，连续加热和冷却等离子体中慢MA波和熵波的性质和演化变得混合。不同的制度的不平衡导致各种各样的情况下的初始扰动演变。为了描述慢MA波和熵波在各种不平衡状态下的性质和演化，我们得到了线性演化方程的精确解析解。使用的特征时间尺度和得到的精确解，我们确定了制度的慢MA和熵模式的定性不同的行为。对于这些制度中的一些，初始高斯脉冲的时空演化。特别是，它表明，慢MA模式可能有一个范围内的非传播谐波。在这种情况下，在低$β$等离子体中由慢MA和熵模式引起的扰动在观测中看起来是相同的，因为等离子体密度（和温度）的非传播扰动随时间增长或衰减。我们还表明，慢MA和熵模式之间的初始能量的分区取决于所涉及的加热和冷却过程的属性。所得的精确解析解可进一步应用于日冕MA慢波的观测和数值模拟结果的解释以及日冕雨的形成和演变。
2021-04-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle acceleration in relativistic magnetic reconnection with strong inverse-Compton cooling in pair plasmas
粒子模拟（PIC）表明，相对论性无碰撞磁重联驱动非热粒子加速（NTPA），可能解释高能（X射线/ $γ$射线）同步加速器和/或逆康普顿（IC）辐射从各种天体物理源观察到。辐射粒子的辐射反反作用力在大多数模拟中都被忽略了，尽管在许多重联可能很重要的天体物理环境中，辐射冷却大大改变了粒子动力学。我们提出了一个辐射PIC研究检查外部IC冷却的基本动力学，NTPA和相对论重联对等离子体的辐射签名的影响。我们发现，虽然重联率和整体动力学基本不变，IC冷却显着影响NTPA：粒子光谱仍然显示出硬幂律（指数$\geq -2$）在非辐射重联，但过渡到一个陡峭的幂律延伸到冷却依赖的截止。陡峭的幂律指数随时间在大约$-$ 3和$-$ 5之间波动。时间积分的光子谱显示出相应的指数为$\approx -0.5$和$\approx -1.1$的幂律，与吸积黑洞的硬X射线谱中观察到的相似。
2018-11-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Pitch Angle Anisotropy Controls Particle Acceleration and Cooling in Radiative Relativistic Plasma Turbulence
自然界中最强大的高能量源能够将粒子加速到高能量，并在极短的时间尺度上将其辐射出去，甚至比系统的光穿越时间还要短。尽管有大量的辐射损失，但目前还不清楚是什么物理过程可以产生如此有效的加速。通过辐射粒子模拟，我们表明，磁占主导地位的湍流对等离子体受到强同步辐射冷却产生一个非热粒子光谱硬幂律范围内（斜率$p \sim 1$）在几个涡流周转时间。小俯仰角粒子在突然冷却之前，可能会大大超过标称的辐射反应极限。随着时间的推移，粒子谱变得更硬（$p < 1$），这是由于粒子冷却与能量相关的俯仰角各向异性。得到的同步加速器光谱是硬的（$νF_ν\propto ν^s$和$s \sim 1$）。我们的发现对于理解高能天体物理源的非热发射具有重要意义，最值得注意的是来自蟹状星云的伽马射线暴和伽马射线耀斑的瞬发阶段。
2021-09-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Coulomb collisions in strongly anisotropic plasmas II. Cyclotron cooling in laboratory pair plasmas
本文考虑了强磁化的电子-正电子碰撞等离子体的行为，它对回旋辐射是光学薄的，并计算了它在系统中不同时间尺度上的分布函数。特别注意的限制，其中碰撞时间超过辐射发射时间，使电子分布函数强烈各向异性。事实上，这些正是目前正在开发的第一个实验室正负电子等离子体实验可能达到的确切条件，这些实验通常具有非常低的密度，并被限制在非常强的磁场中。强磁化的限制增加了一个额外的复杂性，因为长程库仑碰撞通常可以忽略不计，现在必须考虑。一个严格的碰撞算子，这些远程碰撞从来没有写下来。然而，我们表明，碰撞散射可以占不知道这个碰撞算子的明确形式。辐射发射率的计算和它被发现，从等离子体的能量的损失是成正比的平行碰撞频率乘以一个因素，只依赖于等离子体参数。也就是说，这是一个自加速过程，意味着大部分能量将在几次碰撞中损失。我们表明，在一个简单的情况下，直场线的几何形状，有没有不稳定的漂移波在这样的等离子体，尽管远离麦克斯韦。
2020-09-08 physics.plasm-ph
Dynamics of ultrafast heated radiative plasmas driven by petawatt laser lights
相对论性的拍瓦激光可以等容地加热超过keV温度的重金属，并几乎完全加热它们。作为X射线源的高Z热等离子体发射出丰富的硬X射线，同时它们作为等离子体的冷却过程。冷却过程可以通过相互作用影响高能量密度等离子体的产生，然而，细节是未知的。X射线谱依赖于等离子体温度，因此值得研究辐射冷却效应。在这里，我们研究了相对论激光照射下的固体银箔的等容加热的帮助下，包括库仑碰撞，电离和辐射过程的粒子在细胞模拟。我们已经进行了一个参数调查不同的激光强度，$10^{18-20}\,\rm{W/cm^2}$，检查冷却效果，同时保持入射激光能量恒定。银等离子体加热主要由电阻加热耗散其能量的千电子伏的X射线发射在皮秒的时间尺度。当激光强度小于$10^{19}\,{\rm W/cm^2}$时，在恒定能量的情况下，银箔的辐射功率与入射激光功率相当。然后，抑制了靶内的等离子体能量密度的演化，由此在靶表面处形成高度压缩的碰撞冲击并传播到等离子体中。给出了keV银等离子体的辐射谱。
2021-04-27 physics.plasm-ph
Kinetic Electron Cooling in Magnetic Nozzles: Experiments and Modeling
针对长距离太空旅行对高性能推进系统的需求，本文综述了磁喷嘴中电子冷却机制的实验与理论研究进展，重点讨论动理学视角的研究方法，并提出该领域的未来挑战与研究展望。
2022-12-14 physics.plasm-ph
Two Regime Cooling in Flow Induced by a Spark Discharge
利用体视粒子图像测速技术（S-PIV）和背景定向纹影技术（BOS）测量了一对电极间火花等离子体放电诱导流动的冷却过程。密度测量结果表明，热气体内核最初冷却快速对流冷却，然后由一个较慢的冷却过程。在快速制度期间的冷却速率范围从2到10倍，在较慢的制度。建立了一个分析模型，将从BOS中观察到的快速冷却与从S-PIV测量的每单位体积热气核中冷环境流体的总夹带联系起来。该模型计算的冷却比来表征冷却过程，并表明，从密度测量估计的冷却比是在密切的协议从卷吸计算。这些测量代表了有史以来第一次定量的密度和速度测量的流引起的火花放电，并揭示了卷吸的作用，对冷却的热气体内核。这些结果强调，热气体内核的对流冷却，在快速制度，导致约50%的冷却，并发生在第一毫秒的诱导流。
2019-09-19 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Radiation reaction effects in relativistic plasmas -- the electrostatic limit
我们研究了静电等离子体波的演化，使用相对论性的Vlasov方程扩展的Landau-Lifshitz辐射反应，占由于发射单粒子拉莫尔辐射的反反应。特别地，朗缪尔波阻尼被计算为波数、初始温度和初始电场振幅的函数。此外，背景分布函数在此过程中损失了能量，我们计算了冷却速率作为初始温度和初始波幅的函数。最后，我们研究了波阻尼和背景冷却的相对大小如何随初始参数而变化。特别是，它被发现，与背景冷却相关的能量损失的相对贡献随着初始波振幅缓慢下降。
2022-11-11 hep-ph physics.plasm-ph
Ion Temperature Evolution in an Ultracold Neutral Plasma
我们使用空间分辨的激光诱导荧光光谱研究了膨胀超冷中性等离子体中离子温度的长期演化。绝热冷却在等离子体膨胀期间将离子温度降低一个数量级，至低至0.2K的温度。冷却受到离子和更热的电子之间的热交换的限制。我们还提出了一个额外的加热机制的证据，并讨论了可能的来源。数据描述的等离子体演化的模型，包括离子-电子热交换的影响。我们表明，适当的初始条件下，在膨胀过程中的等离子体中的离子的库仑耦合的程度增加。
2015-01-27 physics.plasm-ph
Vortex rings drive entrainment and cooling in flow induced by a spark discharge
火花等离子体放电诱导涡环和热气核。我们发展了一个模型来描述火花诱导流动的后期阶段和涡环在冷环境气体的卷吸和热气核的冷却中的作用。该模型进行了测试，在等离子体诱导流，使用密度和速度的测量同时获得的立体粒子图像测速（S-PIV）和背景定向纹影（BOS）。我们发现，热内核的空间分布如下的涡环的运动，其径向膨胀增加的电能沉积在火花放电。涡环冷却模型表明，对流冷却区的卷吸是由涡环引起的，并控制着热气体核的冷却，冷却速率随火花放电过程中沉积的电能的增加而增加。
2020-07-21 physics.app-ph physics.flu-dyn 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
A thermally stable heating mechanism for the intracluster medium: turbulence, magnetic fields and plasma instabilities
我们考虑的问题，自我调节加热和冷却的星系团和集群磁场和湍流的影响。弱碰撞磁化等离子体的粘性加热由相对于局部磁场方向的压力各向异性来调节。团内介质是高β等离子体，其中由湍流应力引起的压力各向异性以及随之而来的磁场的局部变化将触发非常快速的微尺度不稳定性。我们认为，这些不稳定性的净效应将是钉在一个边际水平的压力各向异性，控制等离子体β参数。这就产生了与辐射冷却率相当的局部加热率。此外，我们表明，这种加热和韧致辐射冷却之间的平衡是热稳定的，不像冷却和热传导之间的平衡经常被破坏。如果有足够的（可能是自我调节的）湍流能量供应，这就提供了一种减轻冷却流和防止集群核心崩溃的物理机制。对于观测到的密度和温度分布，假设的粘性加热和辐射冷却的平衡使我们能够预测磁场强度，湍流速度和湍流尺度的函数，从中心的距离。具体的预测和观察比较给出了几个不同的集群。我们的预测可以通过未来对星团磁场和湍流速度的观测来进一步检验。
2010-08-21 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Cold, dense atomic ion clouds produced by cryogenic buffer gas cooling
我们通过激光烧蚀金属靶和低温缓冲气体冷却所产生的等离子体来产生冷而致密的原子离子云（Ca $^+$，Dy $^+$）。我们使用激光吸收光谱测量离子云的温度和密度。我们发现在低至6K的温度下可以获得大的离子密度。我们的方法开辟了新的途径来研究冷中性等离子体，并进行调查光谱的离子，不能轻易地激光冷却。
2019-06-08 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Cooling force on ions in a magnetized electron plasma
电子冷却是改善储存环中离子束相空间质量的有效方法。在离子和电子束的共同静止坐标系中，离子受到拖曳力，并且其经历能量的损失或增益，这最终减小了离子束的能量扩散。由于电子速度分布是各向异性的，并且冷却过程发生在引导电子的磁场中，因此该过程的计算是复杂的。在本文中的冷却力计算的离子和磁化的电子之间的二进制碰撞（BC）的模型中，库仑相互作用被处理到二阶作为扰动的螺旋运动的电子。该理论对任何强度的磁场都是一致有效的，并且在傅立叶空间中的相互作用中处理了二阶两体力，而没有指定相互作用势。冷却力的显式计算的正则化和屏蔽的潜力，这是有限的范围和更少的奇异性比库仑相互作用在原点。本文导出了单色电子束的封闭表达式，它与电子和离子的速度分布折叠。所得到的冷却力的各向异性麦克斯韦速度分布的电子和离子进行评估。
2013-07-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energetics and limitations of passive electron transpiration cooling for hypersonic leading edges
该研究通过集成等离子体鞘层模型分析被动电子蒸腾冷却，发现其易受空间电荷过度补偿影响而失效，且防护机制限制其在钝体上的应用。
2025-08-07 physics.plasm-ph
Radiation reaction cooling as a source of anisotropic momentum distributions with inverted populations
本研究聚焦强电磁场与辐射反作用下无碰撞等离子体的动量分布特性，解析推导强磁场中等离子体环形动量分布的形成时间尺度，并经粒子模拟验证，揭示该分布的动力学不稳定性可引发相干辐射，对天体物理和实验室等离子体研究具有意义。
2023-03-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effects of Tungsten Radiative Cooling on Impurity, Heat and Momentum Transport in DIII-D Plasmas
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过对比内禀碳辐射主导和钨注入的高辐射态，发现钨诱导的辐射冷却降低了电子温度，抑制了湍流，提高了离子温度峰值和环形旋转速度，同时抑制了杂质输运。
2026-04-07 physics.plasm-ph
Avalanche Photon Cooling by Induced Compton Scattering: Higher-Order Kompaneets Equation
感生康普顿散射（ICS）是强电磁辐射与等离子体之间的相互作用，其中ICS将能量从光子转移到等离子体。虽然ICS对于实验室实验中的激光等离子体相互作用和脉冲星风等离子体中传播的射电辐射很重要，但光子冷却过程的细节还没有被理解。问题是，当ICS占主导地位时，光子谱的演化被描述为非线性对流方程，这使得光子谱是多值的。在这里，我们提出了一种新的方法来处理ICS影响的光子谱的演变。从高阶Kompaneets方程出发，我们找到了一个新的方程，解决了光子谱的非物理行为。此外，我们找到了稳态解析解，这是线性稳定的。我们还成功地模拟了光子谱的演化没有人工粘性。我们发现，光子通过ICS快速失去能量，并在频率空间中连续形成孤立子结构。孤立子结构具有相同的宽度，其特征在于电子温度。从光子到等离子体的能量转移对于更宽的光子光谱更有效，例如在天体物理情况下所预期的。
2015-05-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Formation of quasi-periodic slow magnetoacoustic wave trains by the heating/cooling misbalance
慢磁声波在自然界和实验室等离子体系统中都无处不在。等离子体冷却和加热过程之间的波动引起的不平衡导致慢磁声波的放大或衰减以及色散。波的色散可以归因于系统中的特征时间尺度的存在，与等离子体加热或冷却由于在热平衡附近的加热和冷却过程的竞争。我们分析了线性慢磁声波在等离子体中的热平衡形成的光学薄的辐射损失，场对齐的热传导，和一个未指定的加热的平衡。色散表现为波的有效绝热指数对波频率的依赖性，使得相速度和群速度依赖于频率。的波放大和色散的相互作用示出的结果到振荡模式的发生在一个最初的宽带慢波，与热不平衡的时间尺度确定的特征周期，即由相结合的辐射损失和加热函数的导数相对于密度和温度，在平衡评估。这种效果说明了通过估计的振荡模式的特征周期，出现在太阳日冕的等离子体中的热不平衡。据发现，由一个数量级的周期是关于在日冕中检测到的慢磁声振荡的典型周期。
2019-07-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic turbulence in shining pair plasma: intermittent beaming and thermalization by radiative cooling
高能天体物理系统经常包含无碰撞的相对论等离子体，这些等离子体被湍流级联加热，并被辐射冷却。了解这种辐射湍流的性质是极端等离子体天体物理学的前沿。在本文中，我们使用粒子模拟研究外部逆康普顿辐射的影响，在光学薄，相对论对等离子体驱动的湍流。我们专注于统计稳定状态（注入能量与辐射能量平衡），并执行从低磁化到高磁化（$0.04 \lesssim σ\lesssim 11$）的参数扫描。我们表明，全球粒子能量分布是准热在所有的模拟，只有一个适度的人口的非热高能粒子（延长尾巴的一个因素$\sim 2$）。这表明非热粒子加速（在类似的非辐射模拟中观察到）被强辐射冷却淬灭。准热能分布通过分析模型很好地拟合，其中随机粒子加速（由于，例如，二阶费米机制或回旋共振相互作用）被辐射反作用力平衡。尽管等离子体的有效热化，非热高能粒子确实在全球动量分布的各向异性中作为高度可变的间歇性光束（对于高磁化情况）显着出现。束流高能粒子与间歇性电流片在空间上一致，表明局部磁重联可能是动力学束流的一种机制。这种光束现象可以解释在各种天体物理系统中观察到的快速耀斑（如耀变体喷流，蟹状星云和人马座A*）。
2020-01-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Cyclotron cooling to cryogenic temperature in a Penning-Malmberg trap with a large solid angle acceptance
由电子或正电子组成的磁化非中性等离子体通过回旋辐射耦合到局部微波环境。平衡等离子体温度取决于回旋频率附近的微波能量密度。在ASACUSA的Cusp阱中采用了细铜网和低温微波吸收材料来降低辐射环境的有效温度，从而显著降低了等离子体温度。
2022-03-28 physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection with Radiative Cooling. I. Optically-Thin Regime
磁重联是一种基本的等离子体过程，与磁能的快速耗散有关，被认为是实验室等离子体装置、地球磁层和日冕中许多破坏性现象的动力。传统的重联研究，针对这些相当脆弱的环境，有理由忽略了辐射的重联过程中的影响。然而，在高能天体物理学中的许多重连系统中（例如，吸积盘日冕、相对论性喷流、磁星耀斑），而且在强大的激光等离子体和z箍缩实验中，能量密度非常高，以至于辐射，特别是辐射冷却，可能开始发挥重要作用。这一观察激发了高能量密度辐射磁重联理论的发展。作为实现这一目标的第一步，我们在本文中提出了一个简单的Sweet-Parker非相对论连续MHD重联与强辐射冷却的理论。首先，我们展示了如何在没有引导磁场的情况下，强烈的冷却会导致重联层中等离子体的强烈压缩，从而导致更高的重联率。压缩比和层温度由欧姆加热和辐射冷却之间的平衡决定。辐射冷却层中的较低温度导致较高的斯皮策电阻率，因此导致重联率的额外增强。然后，我们将我们的一般理论应用到几个特定的天体物理学重要的辐射过程（韧致辐射，回旋加速器，逆康普顿）在光学薄制度，为零和强引导场的情况下。我们推导出的关键重连参数，包括重连率的具体表达式。我们还讨论了我们的理论的适用性的限制和条件。
2010-07-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiative turbulent flares in magnetically-dominated plasmas
我们进行二维和三维动力学模拟重联介导的湍流耀斑在磁化的电子-正电子等离子体，弱和强的辐射冷却。这样的耀斑可以在中子星和吸积的黑洞周围产生。我们专注于磁占主导地位的制度的背景磁场线的张力超过等离子体静止质量的一个因素$σ_0 > 1$。在模拟中，湍流激发宏观尺度$l_0$，我们观察到，它的发展，形成薄，动态电流片在各种尺度上。沉积的宏观能量通过激励热粒子和非热粒子而耗散。粒子的能量分布是由脉冲加速在重新连接电流片，逐步随机加速，和辐射损失。我们用光穿越时间$l_0/c$与冷却时标的比值$A$来参数化辐射冷却，并研究了增加$A$对耀斑的影响。当辐射损失足够弱时，$A<σ_0^{-1}$，产生的辐射主要是由随机加速的粒子，辐射功率在热力学上取决于$A$。由此产生的耀斑辐射光谱是广泛的和各向异性的。在强冷却制度，$A>σ_0^{-1}$，随机加速被抑制，而在电流片脉冲加速继续运作。随着$A$进一步增加，发射变得由热粒子主导。我们的模拟提供了一个新的工具来研究粒子加速湍流，特别是在高能量，冷却与加速竞争。我们发现，粒子的分布是由强的耗散不稳定性的影响，和随机加速度不能描述的一个普遍的扩散系数。
2021-09-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Understanding the reduction of the edge safety factor during hot VDEs and fast edge cooling events
在目前的工作中，提出了一个简单的分析方法，以澄清背后的边缘电流密度行为的热等离子体进入接触电阻导体的物理。当等离子体与高电阻壁接触时，在等离子体的边缘出现大电流密度。该模型表明，这种边缘电流起源于等离子体响应，试图保存极向磁通量（$Ψ$）时，外部电流正在丢失。与等离子体芯电阻相比，外部电流路径的高电阻导致外部电流的损失。外部路径的阻力可通过等离子体与非常有阻力的结构接触或通过外部等离子体温度的突然降低（例如，由于部分热淬火或由于大量气体注入引起的冷锋穿透）而给出。对于一般的等离子体几何形状和电流密度分布的模型表明，给出了一个小的变化的小半径（$δa$）的等离子体电流是保守的一阶（$δI_p = 0 + \mathcal{O}(δa^2)$）。这种守恒来自于总电感保持恒定（$δL = 0$）的事实，这是由于外部电感的变化与内部电感（$δL_\text{ext}+δL_\text{int} = 0$）的变化的精确补偿。当总电流守恒且等离子体体积减小时，边缘安全系数根据$q_a \propto a^2/I_p$下降。最后，所得到的分析预测的一致性检查的帮助下，自由边界MHD模拟。
2020-03-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma-assisted Discharges and Charging in EUV-induced Plasma
在过去的几年里，EUV光刻扫描系统已经进入了最先进的集成电路（IC）的大批量制造，其关键尺寸低至10 nm。该技术使用13.5 nm EUV辐射，其通过近真空H2背景气体传输，将掩模版的图案成像到晶片上。高能EUV光子将背景气体激发成低密度H2等离子体。由此产生的等离子体将局部地将近真空变为导电介质，并且可以对浮动表面和颗粒进行充电，也远离直接的EUV光束。本文将通过模拟和实验来讨论极紫外等离子体与静电场的相互作用。我们表明，EUV诱导的等离子体可以触发放电远低于经典的帕邢极限。此外，我们证明了粒子和表面上的EUV等离子体的充电效果。不受控制，这可能导致掩模版背面上不可接受的高电压以及颗粒的产生和传输。我们展示了一个特殊的卸载序列，使用EUV诱导的等离子体，积极解决充电和缺陷的挑战。
2020-12-05 physics.app-ph physics.plasm-ph
Equation of state and opacities for hydrogen atmospheres of strongly magnetized cooling neutron stars
我们研究了温度T = 10^{5.5}-10 6. 5} K，磁场B = 10^{12}-10 13} G的部分电离氢等离子体，这是典型的孤立中子星光球。本文建立了等离子体自由能的解析模型，导出了用于计算不透明度的广义Saha方程。
1999-03-09 astro-ph physics.plasm-ph
General-relativistic and non-ideal radiative cooling in neutron star magnetospheres
The Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
研究辐射反冲冷却在中子星磁层中的效应，发现非均匀电磁场和广义相对论增强相空间动力学不稳定性，有利于相干辐射发射。
2026-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
An H Surface Plasma Source for the ESS Storage Ring
本研究针对ESS储存环H⁻注入的束流参数需求，提出采用带主动冷却的磁控管SPS方案，验证了主动冷却可提升占空比至8%，并提出采用短静电LEBT实现束流至RFQ的传输。
2023-12-13 physics.plasm-ph
Radiation-condensation instability in a highly ionized dusty plasma
考虑了辐射冷却尘埃等离子体中线性扰动的动力学，尘埃（$Z_d$）和等离子体（$Z_p$）成分的电荷随密度变化。结果表明，在对应于特征冷却长度的长波长极限，当等离子体可以被视为准中性，尘埃粒子的存在改变了辐射不稳定性的标准，无论尘埃粒子的充电过程。特别是，凝聚（等压）模式被证明是稳定的（不稳定），如果在平衡，尘埃$n_d$和等离子体$n$的准中性条件下的密度之间的关系，$(d\ln n_{d}/d \ln n)_{q}<1$（$>1$）是满意的，而等熵模式是稳定的（不稳定）时，发生相反的不平等;等容模式是不变的。数值估计表明，这些影响可能是重要的热相（$T\sim 10^{6}$ K）的星际等离子体，并在托卡马克等离子体附近的墙壁。
2002-06-17 astro-ph physics.plasm-ph
High-Energy Radiation and Ion Acceleration in Three-dimensional Relativistic Magnetic Reconnection with Strong Synchrotron Cooling
本研究利用三维PIC模拟揭示强同步辐射冷却如何改变相对论磁重联结构，并阐明离子高效加速、对粒子能谱极限及高能伽马辐射截止与定向特征。
2023-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Wakefields in streaming plasmas: Characteristics of the induced charge density distribution
在高能量密度设施，工业装置，和基本的尘埃等离子体研究的等离子体极化周围的试探电荷流等离子体的产生实验的动机被认为是。等离子体成分的感应电荷密度分布的亚音速，音速和超音速制度进行了讨论。此外，它表明，在附近的试探电荷的等离子体极化显示不同的缩放在亚音速和超音速制度。
2017-09-27 physics.plasm-ph
Pinpointing energy transfer mechanisms in the quenching process of microwave air plasma
提出一种结合化学与振动动力学的大气压多温度猝灭模型，通过追踪能量传递通道与反应路径，揭示了微波空气等离子体下游NOx生成机制，为优化等离子体反应器提供了基础。
2025-04-29 physics.plasm-ph
Spontaneous spin-up induced by turbulence-driven topological transition of orbits in a tokamak plasma
托卡马克等离子体中普遍存在自发上旋现象，这对等离子体约束至关重要。本文提出了一个动力学理论，证明了在无碰撞托卡马克等离子体中，湍流扩散驱动的轨道拓扑跃迁引起了芯部等离子体的环向旋转。理论预测与著名的核内等离子体流的赖斯标度吻合得很好。这个新的理论预言了国际热核聚变实验堆的$\sim 100km/s$的内禀堆芯平行流动。
2020-03-20 physics.plasm-ph
Flow-thermochemistry coupling governs pressure-dependent CO$_2$ conversion in vortex-stabilized microwave plasma reactors: Insights from three-dimensional CFD modeling
Dutch Institute for Fundamental Energy Research（荷兰基础能源研究所）
本研究开发三维CFD模型揭示涡旋稳定微波等离子体反应器中流-热化学耦合机制，明确CO₂转化的非单调压力依赖规律，解释不同压力下CO₂解离与CO复合的竞争及CO损失的关键作用。
2026-08-14 physics.plasm-ph
Induced plasma magnetization due to magnetic monopoles
当在等离子体方程中引入磁单极子时，电磁波的传播被修正。在这项工作中示出，这种修改导致出现的有质动力，诱导磁化的等离子体。结果，在电子中感应出回旋频率。这个频率与磁荷的平方成正比。
2010-10-18 physics.plasm-ph
Relativistic Turbulence with Strong Synchrotron and Synchrotron-Self-Compton Cooling
高能天体物理学中的许多相对论等离子体环境，包括脉冲星风星云、黑洞上的热吸积流、活动星系核中的相对论喷流和伽马射线暴以及巨型射电瓣，都是自然湍流的。这些环境中的等离子体通常非常热，以至于同步加速器和逆康普顿（IC）辐射冷却变得非常重要。在本文中，我们调查的一般热力学和辐射性质（因此观测外观）的光学薄相对论热等离子体驱动磁流体（MHD）湍流搅拌和辐射冷却。我们发现，如果系统达到一个统计平衡的湍流加热是平衡的辐射冷却，有效的电子温度往往达到一个通用的值$θ= kT_e/m_e c^2 \sim 1/\sqrt{τ_T}$，其中$τ_T=n_eσ_T L \ll 1$是系统的汤姆逊光学深度，基本上独立的湍流驱动或磁场的强度。这是因为MHD湍流耗散和同步加速器冷却都与磁能密度成正比。我们还发现，同步自康普顿（SSC）冷却，也许是一些高阶IC组件自动可比同步加速器在这个政权。整个宽带辐射光谱由几个不同的组成部分（同步加速器，SSC等），在光子能量上很好地分离（通过因子$\sim τ_T^{-1}$）并且在功率上大致相等。IC峰的数量由Klein-Nishina效应检查，并在数学上取决于$τ_T$和磁场。我们还研究了由于同步自吸收的限制，探索应用蟹状PWN和耀变体喷气机，并讨论了辐射磁重联的联系。
2019-07-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Emission tomography of laser induced plasmas with large acceptance angle apertures
在用阿贝尔反演法研究激光诱导等离子体发射率时，提出了采用大接收角光阑来减少积分时间的方法。由于倾斜视线对沿等离子体羽流直径收集的强度数据的贡献而损失的空间分辨率通过特殊的数值数据处理来恢复。该过程是指当实现合理的信噪比所需的积分时间超过等离子体状态变化的特征时间尺度时的激光诱导等离子体诊断和层析成像，该特征时间尺度特别是在等离子体演化的早期阶段是短的。
2010-07-30 physics.plasm-ph
Vibrational-Electron Heating in Plasma Flows: A Thermodynamically Consistent Model
本文提出一个基于细致平衡原理的热力学一致电子加热模型，通过玻尔兹曼振动分布和有效活化能给出简洁的加热-冷却比公式，保证电子温度与振动温度在平衡时正确收敛，并在再入流预测中比先前模型更符合飞行试验数据。
2025-09-20 physics.plasm-ph
Absorption tomography of laser induced plasmas with a large aperture
激光诱导击穿光谱（LIBS）中采用的激光诱导等离子体的发射层析成像需要长的信号积分时间，在此期间等离子体不能被认为是静止的。为了减少积分时间，建议用孔径测量平行射线中的等离子体吸收，该孔径收集来自每个孔径位置处的大部分等离子体羽流的光。所需的空间分辨率是通过一个特殊的数值数据处理。所提出的方法的另一个优点是，可以使用廉价的线性CCD或非离散（PMT，光电二极管）检测器，而不是昂贵的2维检测器。
2010-08-03 physics.plasm-ph
