Relaxation to universal non-Maxwellian equilibria in a collisionless plasma
本文通过熵最大化方法研究无碰撞等离子体湍流弛豫，发现短时守恒的无碰撞不变量在强湍流下被驱动为普适形式，并通过一维静电束流不稳定性数值验证了粒子能量分布出现指数为-2的普适幂律尾部。
2024-09-03 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Lattice Boltzmann model for collisionless electrostatic drift wave turbulence obeying Charney-Hasegawa-Mima dynamics
采用格子玻尔兹曼方法（LBM）求解磁化等离子体绝热漂移波湍流的Charney-Hasegawa-Mima（CHM）模型. CHM-LBM模式包含一个正压状态方程的潜力，包括类似于准地转模式中的科里奥利力的交叉产品的力项，和一个密度梯度源项。膨胀的晶格玻尔兹曼模型方程导致冷离子流体的连续性和动量方程，这类似于CHM动力学下的漂移排序。标准测试用例（传播，稳定漂移模式和衰减湍流）的数值解进行比较，通过传统的有限差分格式，直接离散的CHM方程得到的结果。LB方案类似于特征CHM动力学，除了在密度梯度方向上的附加剪切。产生的剪切随漂移比减小，并归因于下伏LBM的可压缩极限。
2021-09-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Shearing Box Simulations of the MRI in a Collisionless Plasma
我们描述了在无碰撞等离子体中由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流的局部剪切盒模拟。无碰撞效应在辐射效率低的吸积流中可能很重要，例如在银河系中心的黑洞附近。修改ZEUS的MHD版本以演化各向异性压力张量。采用流体封闭近似计算沿磁场线的热传导。各向异性的压力张量提供了一个定性的新机制，运输角动量吸积流（除了麦克斯韦和雷诺应力）。我们估计的压力各向异性的限制，由于俯仰角散射的动力学不稳定性。这种不稳定性在无碰撞等离子体中提供了有效的“碰撞”率，并导致更类似MHD的动力学。我们发现，MRI导致有效的增长的磁场在无碰撞的等离子体，与那些在MHD的饱和振幅。在饱和状态下，各向异性应力与麦克斯韦应力相当，这意味着在无碰撞等离子体中角动量输运速率可能会适度增强。
2005-08-25 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Quantum algorithm for collisionless Boltzmann simulation of self-gravitating systems
本文扩展了求解无碰撞玻尔兹曼方程的量子算法，通过从量子态提取密度傅里叶模式计算自引力，改善了对速度网格数的复杂度依赖，并用数值实验验证了其在自由流动和金斯坍缩模拟中的有效性。
2024-12-28 astro-ph.CO physics.comp-ph physics.plasm-ph
Rarefaction Shock Waves in Collisionless Plasma with Electronic Beam
我们表明，一个电子束通过碰撞的“冷”离子和“热”玻尔兹曼电子的等离子体可以引起的超声离子声稀疏冲击波的传播。这些波类似于Zeldovich [5]在气体动力学中预测的波，并且与Sagdeev [3]描述的无碰撞等离子体中的离子声压缩激波互补。
2011-06-29 physics.plasm-ph
The inverse problem for collisionless plasma equilibria
Vlasov-Maxwell平衡由电磁场实空间动力学的与时间无关的麦克斯韦方程组和无碰撞等离子体中粒子分布相空间动力学的Vlasov方程的自洽解描述。这两个系统（宏观和微观）通过麦克斯韦方程中的源项耦合，源项是粒子分布函数的速度空间“矩”积分的总和。本文认为“无碰撞平衡的逆问题”（IPCE），即“给定的信息关于一个特定的无碰撞等离子体平衡的真实空间/宏观配置，存在什么自洽的平衡分布？“我们使用”修改的麦克斯韦“分布函数和严格中性和空间一维等离子体的假设，发展了IPCE的运动常数方法。在这种情况下，IPCE形式上简化为Weierstrass变换的逆变换（Bilodeau，1962），例如在热/扩散方程的初值问题中具有特征的那些变换。我们讨论了IPCE的候选解必须满足的各种数学条件。一种可以用来反演维尔斯特拉斯变换的方法是厄米多项式的展开。基于Allanson等人的结果。（2016），我们确定在什么情况下通过这些方法获得的解收敛，并允许所有阶的速度矩。自从Bernstein等人（1957年）关于“静态”静电等离子体波的开创性工作以来，非负性的必要性质一直被认为是IPCE的任何候选解都不能满足的一个特征。我们还讨论了这个问题的背景下，我们的形式主义，磁化等离子体。
2017-10-13 physics.plasm-ph
Generation of longitudinal electric current by transversal electromagnetic field in Maxwellian plasmas
分析了横向电磁场与麦克斯韦无碰撞经典等离子体和量子等离子体的非线性相互作用。推导了麦克斯韦无碰撞经典等离子体和量子等离子体中电流的计算公式。它已经出现，非线性帐户导致发生的纵向电流沿波矢量的方向。该第二电流与在经典线性分析中接收的已知横向电流正交。对经典麦克斯韦等离子体和费米-狄拉克等离子体（具有任意电子气体退化程度的等离子体）的电流密度进行了图解比较。对经典麦克斯韦等离子体和量子麦克斯韦等离子体的电流密度进行了图解比较。比较了在不同的电磁场无量纲振荡频率下，量子麦克斯韦等离子体的电流密度与无量纲波数的关系。
2015-03-15 physics.plasm-ph
Collisional behaviors of astrophysical collisionless plasmas
在碰撞流体中，许多关键过程依赖于二元碰撞的频率。当两种流体足够快地碰撞时，碰撞似乎是产生冲击波的必要条件，以满足朗肯-雨果尼奥关系，建立状态方程或麦克斯韦分布。然而，这些看似碰撞的特征通常被观察到或假设与碰撞\emph{less}天体物理等离子体有关。本文将回顾我们目前对以下问题的回答：碰撞的无碰撞等离子体如何最终产生像流体一样的冲击？在这种情况下，兰金-于戈纽关系在多大程度上得到了满足？无碰撞冲击是否像流体冲击一样传播？我们能不能用状态方程来描述无碰撞的等离子体，就像天体物理学中的MHD代码那样？为什么麦克斯韦分布在无碰撞冲击的Particle-In-Cell模拟中无处不在？定义碰撞和无碰撞行为之间边界的时间和长度尺度将在相关时给出。一般来说，当可以忽略导致流体行为的无碰撞过程中所涉及的时间和长度尺度时，系统可以被视为流体。
2015-02-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Self-consistent system of equations for a kinetic description of the low-pressure discharges accounting for the nonlocal and collisionless electron dynamics
对于低压放电，当电子的平均自由程大于放电长度或与放电长度相当时，电子动力学本质上是非局域的。此外，电子能量分布函数（EEDF）大大偏离麦克斯韦。因此，一个准确的动力学描述的低压放电需要的非局部电导率算子的知识和计算的nonMaxwellian EEDF。以前的处理利用简化的假设：均匀的密度分布和麦克斯韦EEDF。在本研究中，一个自洽系统的动力学方程描述的非局域，非均匀，几乎无碰撞的低压放电等离子体。它包括非局部电导率算子和计算非麦克斯韦EEDF的平均动力学方程。的重要性，占不均匀的等离子体密度分布的电流密度分布和EEDF的证明。
2002-11-01 physics.plasm-ph
Kinetic description of rotating Tokamak plasmas with anisotropic temperatures in the collisionless regime
受控聚变研究中一个很大程度上尚未解决的理论问题是一致的\textit{kinetic}处理发生在无碰撞和磁化轴对称等离子体中的慢时变等离子体状态。现象可能包括有限压力各向异性以及强大的环向和极向差分旋转，托卡马克等离子体的特征。尽管事实上，发生在聚变等离子体中的物理现象从根本上取决于微观粒子相空间动力学，其一致的动力学处理仍然基本上unchallaged至今。本文的目标是解决这个问题的框架内的弗拉索夫-麦克斯韦描述。采用带电粒子动力学的回转运动处理方法，构造了准稳态粒子动力学分布函数的渐近解。这些都表示在粒子精确和绝热不变量。该理论依赖于一个微扰的方法，它允许构建的Vlasov-Maxwell系统的渐近解析解。通过这种方式，反磁性和能量修正都被一致地包含在理论中。特别地，通过施加适当的动力学约束，指出了广义双麦克斯韦渐近动力学平衡的存在性。该理论适用于离子热速度的顺序的环形旋转速度。这些解同样满足麦克斯韦方程组所施加的约束，即准中性和安培定律。结果表明，在非均匀流体和电磁场的存在下，这些动力学平衡可以同时维持环形微分旋转，准静态有限极向流和温度各向异性。
2011-10-21 physics.plasm-ph
Comparison of multi-fluid moment models with Particle-in-Cell simulations of collisionless magnetic reconnection
在无碰撞磁重联的背景下，我们引入了一个可扩展的多流体矩模型。该模型演化完整的麦克斯韦方程组，并同时为每个物种在等离子体的弗拉索夫-麦克斯韦方程的时刻。电子惯性和压力梯度等效应自洽地嵌入到所得到的多流体矩方程中，而不需要显式地求解广义欧姆定律。两个限制的多流体矩模型进行了讨论，即，五个时刻的限制，每个物种的标量压力的演变，和十个时刻的限制，演变的全各向异性，非gyrotropic压力张量为每个物种。我们首先证明，分析和数值，五矩模型减少到广泛使用的霍尔磁流体力学（霍尔MHD）模型的假设下消失的电子惯性，无限的光速，和准中性。然后，我们比较了十矩和完全动力学粒子在细胞（PIC）模拟的大规模哈里斯片重联问题，其中十矩方程封闭的局部线性无碰撞近似的热通量。十矩模拟给出了合理的协议与PIC结果的结构和大小的电子流，极性和大小的电子压力张量的元素，和广义欧姆定律的分解。本文还讨论了改进简单局部封闭向非局部全三维封闭的可能途径。
2014-10-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Head-on collision of ion-acoustic solitary waves in a collisionless plasma
研究了无碰撞等离子体中离子-声孤立波与冷离子和玻尔兹曼电子的迎头碰撞。结果表明，孤立波足够大的振幅不保留其身份碰撞后。它们的振幅减小，形态改变。本文给出了等势孤波迎头碰撞后的势振幅和离子、电子密度随初始振幅的变化关系。
2017-11-27 physics.plasm-ph
RBG-Maxwell Framework: Simulation of Collisional Plasma Systems via Coupled Boltzmann-Maxwell equations on GPU
本文提出RBG-Maxwell框架，一个基于GPU的相对论碰撞等离子体模拟器，通过耦合玻尔兹曼-麦克斯韦方程实现从非平衡态到热平衡态的动力学演化模拟。
2023-08-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Theory of one-dimensional Vlasov-Maxwell equilibria: with applications to collisionless current sheets and flux tubes
我们研究在一个空间维度的弗拉索夫-麦克斯韦平衡的理论，以及它的应用到电流片和磁通管模型。“逆问题”是确定与给定磁场自洽的弗拉索夫-麦克斯韦平衡分布函数。我们发展的反演理论，使用厄米多项式的正则动量的扩展。在给定压力张量的情况下，我们找到了厄米展开式收敛的充分条件。对于大类的DF，我们证明了非负的分布函数是偶然的等离子体的磁化强度，并使所有类的示意图。反问题被认为是非线性的“无力哈里斯片”。通过应用Hermite方法，我们首次构造了能够描述等离子体β $(β_{pl})$亚单位值的新模型。虽然证明了所有$β_{pl}$的解析收敛性，但$β_{pl}= 0.85$和$β_{pl} = 0.05$的数值收敛性在“重新测量”过程后得到。我们认为，压力张量必须满足的属性是一致的“不对称哈里斯单”，并构造新的例子。在某些情况下，可以用解析法求解反问题，而在另一些情况下，则必须用数值方法求解。我们提出了新的精确的非对称电流片的弗拉索夫-麦克斯韦平衡，它可以被写为移动麦克斯韦分布的总和，理想的实现在细胞中的粒子模拟。本文研究了圆柱几何中微观和宏观平衡描述之间的对应关系，并试图寻找非线性无力Gold-Hoyle模型的Vlasov-Maxwell平衡。然而，有必要包括背景场，如果需要的话，背景场可以是任意弱的。平衡可以是电非中性的，这取决于整体流量。
2017-10-03 physics.plasm-ph
Proton-proton collisions in the turbulent solar wind: Hybrid Boltzmann-Maxwell simulations
热、稀和湍流等离子体的加热机制是空间物理学中一个长期存在的问题，其影响涉及近地环境和天体物理系统。为了探索粒子间碰撞的可能作用，等离子体湍流的模拟-在无碰撞和弱碰撞制度-已通过采用欧拉混合Boltzmann-Maxwell模拟进行了比较，质子-质子碰撞明确引入通过非线性Doughnut算子。虽然碰撞并不显着影响湍流的统计特性，它们耗散质子分布函数中的非热功能，并抑制速度空间中的拟能/熵级联，阻尼向大厄米模式的光谱传输。这种拟能耗散在等离子体分布函数强烈扭曲的区域特别有效，这表明精细的速度空间结构增强了碰撞效应。建立了流体湍流能量级联与等离子体涡度拟能级联之间的定性联系，为天体物理等离子体湍流的理解开辟了新的途径
2019-12-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Properties and evolution of anisotropic structures in collisionless plasmas
基于Jeans定理，提出了一类新的Vlasov-麦克斯韦方程组的精确静电解，用于研究远离热力学平衡的二维各向异性等离子体的演化和性质.特别地，研究了电子-离子等离子体平板进入真空的自由膨胀。
2016-08-22 physics.class-ph physics.plasm-ph
Transient growth in stable collisionless plasma
首次研究了均匀磁场中无碰撞均匀麦克斯韦等离子体的瞬态增长动力学。一个线性稳定的系统，如果描述其演化的线性算子是非正规的，那么它的特征向量是非正交的，那么它可能会显示出瞬态增长。为了包括等离子体动力学效应的朗道流体模型。该模型的线性算子被证明是非正常的，结果表明，碰撞等离子体的非正常性是内在相关的动力学性质，与瞬态增长更强调较小的规模和较高的等离子体β。基于线性谱理论的结果已被非线性模拟所证实。
2009-02-15 physics.plasm-ph
Vlasov modelling of laser-driven collisionless shock acceleration of protons
采用欧拉-伏拉索夫-麦克斯韦方法研究了高强度短脉冲激光与中等过密等离子体靶相互作用的离子加速问题。研究了等离子体密度分布和激光脉冲参数变化的影响，分析了无碰撞激波和靶鞘层法向加速度的相互作用。结果表明，使用的分层目标与轻和重离子的组合，分别在前面和后面，产生强的准静态鞘场的背面的重离子部分的目标。这种鞘场增加了冲击加速离子的能量，同时保持了它们的单能性。
2016-04-16 physics.plasm-ph
Helioseismology can test the Maxwell-Boltzmann distribution
恒星中的核反应发生在能量分布的高能尾部的核之间，并且对标准平衡热能分布的可能偏差很敏感。我们能够通过使用详细的日震信息的太阳能结构得到强有力的约束，这样的偏差。如果用因子exp{-delta*（E/kT）^2}参数化一个小偏差，我们发现delta应该在-0.005和+0.002之间。然而，即使δ值小到0.003，仍然会对中微子通量产生重要影响。
1998-07-08 astro-ph hep-ph physics.plasm-ph
Outgoing radiation from an isolated collisionless plasma
本文研究了相对论性Vlasov-Maxwell方程组解在未来零无穷远处的渐近性质，作者在以前的工作中建立了该方程组在小数据下的整体存在性.这些解描述了与入射辐射隔离的无碰撞等离子体。结果表明，一个非负的量与等离子体减少作为一个后果的能量耗散的形式输出辐射。这个量代表了广义相对论中邦迪质量的类似物。
2003-11-15 gr-qc math-ph math.MP
Beyond Maxwell-Boltzmann: Transport in Quasiequilibrium Plasmas
University of Bab-Ezzouar, USTHB（阿尔及利亚大学）
研究准平衡等离子体中输运现象，通过超统计学方法推导输运系数，发现非麦克斯韦分布显著增强输运系数，解释为高能粒子的增加。
2026-05-15 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
An exact collisionless equilibrium for the Force-Free Harris Sheet with low plasma beta
本文首次讨论和分析了一维非线性无力磁场的一种新的精确无碰撞平衡态，即无力Harris片的物理性质。该解决方案允许任何值的等离子体β，关键是低于统一，这是以前的非线性无力无碰撞平衡不能。该分布函数包含正则动量的Hermite多项式的无穷级数，其重要的数学性质收敛性和非负性最近已被证明。图的分布函数的等离子体β适度低于团结，我们比较的形状分布函数在两个速度方向的麦克斯韦分布。
2015-10-26 math-ph math.MP 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
Cascades and Dissipative Anomalies in Nearly Collisionless Plasma Turbulence
我们发展了在碰撞率为零的极限下由Vlasov-Maxwell-Landau方程控制的动力学等离子体湍流的第一性原理理论。在Onsager开创的精确重整化群方法之后，我们证明了在1粒子相空间中存在一个“无碰撞范围”的尺度（长度和速度），其中理想的Vlasov-麦克斯韦方程组在“粗粒度意义上”得到满足。然而，由于非线性熵级联，在该范围内熵守恒可能被“耗散异常”所违反。我们推导出“4/5定律”型表达式的熵通量，这使我们能够表征其非零所需的奇点（结构函数标度指数）。在无碰撞极限下，质量、动量和能量守恒定律不受反常转移的影响。然而，在随后的限制小gyroradii，异常的贡献，惯性范围内的能量平衡可能会出现由于级联的散装能源和湍流的再分配的内能在相空间。在同样的限制下，从粒子动量平衡导出的“广义欧姆定律“简化为“理想欧姆定律“，但只是在粗粒度的意义上，不意味着磁通量冻结，并允许在所有惯性范围尺度下的磁重联。我们比较我们的结果与先前的理论的基础上的gyrokinetic（高陀螺频率）的限制，数值模拟，航天器测量的太阳风和地球磁层。
2018-09-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Theory of spatially non-symmetric kinetic equilibria for collisionless plasmas
本文基于拉格朗日变分描述和非微扰回旋动理学理论，证明了无碰撞磁化等离子体中广义双麦克斯韦空间非对称动理学平衡的存在性，并揭示了其动理学发电机效应。
2023-06-30 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech math-ph
