Electron acceleration at supernova remnants
超新星遗迹（SNRs）被认为产生了大部分的银河系宇宙射线（CR）。SNR具有非相对论性的无碰撞激波，通过扩散激波加速（DSA）加速CR，其中粒子通过与激波阵面的重复相互作用获得能量。由于DSA理论涉及预先存在的中等能量粒子，因此需要一种预加速的方法，特别是对于电子。电子注入仍然是最麻烦和尚未解决的问题之一，我们对它的物理理解对于充分理解SNR的物理特性至关重要。为了研究任何负责预加速的电子尺度现象，我们需要一种能够解决这些小的动力学尺度的方法，粒子模拟（PIC）满足这一标准。在这里，我报告了利用非相对论性高马赫数激波的动力学模拟所取得的最新成果。我讨论了SNR冲击的物理学如何取决于冲击参数（例如，激波速度、马赫数、离子与电子质量比）以及负责电子加热和加速的过程。
2022-11-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Photon acceleration of high-intensity vector vortex beams into the extreme ultraviolet
本文通过电子束驱动等离子体波中的光子加速，将光学矢量涡旋脉冲转换为高强度、波长可调的极紫外矢量涡旋脉冲，模拟显示强度提升至10^20 W/cm^2以上，具有亚飞秒持续时间和平坦波前，扩展了XUV光源的应用。
2024-11-06 physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear cyclotron-resonance accelerations by a generalized EM wave
本文研究了在外加磁场中一维电磁色散脉冲对粒子的加速作用。结果表明，随着脉冲长度和幅度的变化，回旋共振可分为三种状态。也就是说，随着脉冲幅度的增加，渡越时间回旋共振加速[CRA]演变为相位捕获，并反射粒子。振幅和波色散以及脉冲长度强烈地影响这些加速度。在这两个制度之间的共振速度的量子化的有趣的现象也进行了研究。这种新的机制可能会导致波放大在一些离散的频率以外的回旋频率。
2004-09-03 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
Extreme high field plasmonics: electron acceleration and XUV harmonic generation from ultrashort surface plasmons
综述了超短强激光与光栅靶相互作用激发传播表面等离子体激元的实验研究。在超过目标上的$10^{19}~\mbox{W cm}^{-2}$的强度下，即在电子动力学的强相对论性区域中，多MeV电子被SP场加速为在近切线方向上准直的密集聚束。通过使用合适的闪耀光栅，聚束电荷可以增加到高达$\simeq $ 660皮库仑。当利用可控预脉冲在靶表面产生亚微米尺度的等离子体时，观察到强烈的XUV高次谐波（HH）被光栅衍射。当SP被激发时，HH在准平行于电子的方向上被强烈增强。模拟结果表明，HH是由散射激光场的电子在SP场中的纳米聚束增强的。除了静态和动态剪裁的目标密度分布，电子和HH发射的进一步控制可能会实现通过改变SP持续时间使用激光脉冲旋转波前。后一种技术可能能够产生几乎单循环的SP。
2019-03-15 physics.optics physics.plasm-ph
PIC Simulation Methods for Cosmic Radiation and Plasma Instabilities
无碰撞等离子体系统中的粒子加速问题是天体等离子体和天体粒子物理学的核心问题。加速区域的结构、电子-离子能量平衡、冲击时粒子的预加速以允许扩散冲击加速的进一步加速，除了电磁场的结构和动力学之外，还需要粒子分布函数的知识，因此动力学描述是可取的。粒子模拟提供了一个适当的，如果计算昂贵的方法，基本上进行数值实验，探索无碰撞等离子体中的动力学现象。我们回顾最近的天体物理等离子体系统，粒子加速和形状的不稳定性的PIC模拟结果。
2019-12-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Velocity space compression from Fermi acceleration with Lorentz scattering
费米加速模型被引入来描述宇宙射线粒子如何通过与移动的磁场相互作用而被加速到很大的速度。我们确定了一个新的变化的模型，其中轻离子与移动的墙壁，同时经历俯仰角散射通过库仑碰撞由于存在较重的离子物种。碰撞引入了一个随机分量，这增加了粒子加速度曲线的复杂性，并将其与无碰撞费米加速模型区分开来。费米加速度的这种简化变化所捕获的不寻常的效果是相空间的不守恒，粒子的分布最初可能在能量上单调下降，从而在压缩时表现出能量峰值。峰值能量分布可能具有有趣的应用，例如优化聚变反应性或表征表现出非热特征的天体物理现象。
2021-08-26 physics.plasm-ph
Special class of self-similar dynamics for Rayleigh-Taylor mixing with variable acceleration
瑞利-泰勒（RT）混合对于自然界和技术中的广泛过程具有至关重要的意义，从超新星和等离子体聚变到石油开采和纳米制造。在大多数情况下，RT流是由可变加速度驱动的，而现有的大部分研究只考虑恒定和脉冲加速度。通过分析RT动力学的对称性的某些模式的可变加速度，我们发现了一类特殊的自相似的解决方案，并确定其标度，相关性和频谱。我们发现，RT混合的动力学可以从超弹道subdiffusive取决于加速度和保持记忆的确定性条件下的任何加速度。这些丰富的动力学特性极大地影响了对流体、等离子体、材料中RT相关现象的理解和控制，并揭示了在RT混合中可以实现湍流的条件。
2019-01-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron plasma wake field acceleration in solar coronal and chromospheric plasmas
本文介绍了适用于太阳大气的电子等离子体尾流场加速的三维粒子模拟。它是建立的，注入驱动和尾随电子束到太阳日冕和色球等离子体中，导致电场（$-(20-5) \times 10^{6}$ V/m），导致尾随束加速到52兆电子伏，从最初的36兆电子伏。这一结果为极高能太阳耀斑电子激发等离子体尾流场加速提供了一种潜在的重要机制。
2017-06-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Acceleration by a Bichromatic Chirped Laser Pulse in Underdense Plasmas
本文对激光和等离子体加速电子进行了理论研究。一个有效的模型已被使用，其中的欠密等离子体的存在已被考虑通过其折射率$n_{m}$。在这个模型的范围内，基本现象可以通过数值求解经典的相对论运动方程来研究。本文的核心思想是啁啾双色激光场的应用。我们研究了将二次谐波混合到原始$λ= 800 \, \mathrm{nm}$波长脉冲中的优点和缺点。我们对平面波和高斯脉冲进行了计算。
2015-10-13 physics.plasm-ph
The role of three-dimensional transport in driving enhanced electron acceleration during magnetic reconnection
磁重联是许多天体物理现象中高能粒子的重要驱动力。使用动力学粒子在细胞（PIC）模拟，我们探讨了三维重联动力学的粒子加速效率的影响。在二维系统中，Alfvénic流出将高能电子驱逐到通量绳中，在那里它们被捕获并与加速区域断开。然而，在三维系统中，这些通量绳发展出轴向结构，使粒子能够泄漏并返回加速区域。这需要一个有限的引导场，以便粒子可以沿着磁通绳轴快速移动。我们发现，最大的高能电子生产时发生的引导场是相同的顺序作为重连组件：大到足以促进强运输，但没有那么大，以节流占主导地位的费米机制负责有效的电子加速。这表明一个自然的解释信封电子加速在脉冲阶段的爆发耀斑。
2017-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Enhancement of maximum attainable ion energy in the radiation pressure acceleration regime using a guiding structure
辐射压力加速是利用强激光脉冲与固体靶相互作用，获得高最大能量、准单能离子束。需要极高功率的激光脉冲或激光辐射的紧密聚焦。后者将导致出现最大可达到的离子能量，这是由激光群速度和高度受靶的横向膨胀的影响。离子加速只有在靶速度小于激光群速度时才可能。目标的横向膨胀使其对辐射透明，从而降低了加速的有效性。利用外部引导结构来加速激光脉冲可以提供补偿群速度和横向膨胀效应的方式。
2013-10-30 physics.plasm-ph
Exploring extreme magnetization phenomena in directly-driven imploding cylindrical targets
本文采用扩展磁流体动力学（MHD）模拟探索极端磁化等离子体制度可实现的圆柱内爆的欧米茄激光设备。该区域的特征在于高度压缩的磁场（穿过燃料大于10 kT），其包含相当大比例的内爆能量并在等离子体中感应出大电流。参数管理不同的磁化过程，如欧姆耗散和抑制不稳定性的磁张力，允许优化实验，研究具体的现象。例如，添加到目标气体填充物中的掺杂剂可以增强磁通量压缩，同时使得能够对内爆芯进行光谱诊断。特别是，使用Ar K-壳层光谱进行详细的非LTE原子动力学和辐射转移计算的MHD数据的影响。直接测量核心电子密度和温度将是可能的，从而允许获得磁化对最终温度和热压的影响。通过假设磁场冻结到等离子体运动，这是一个很好的近似高度磁化内爆，光谱诊断可以用来估计哪些磁化过程统治内爆动力学，例如，一个关系是用来推断是否热驱动或电流驱动的运输占主导地位。
2021-07-27 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Investigating particle acceleration dynamics in interpenetrating magnetized collisionless super-critical shocks
碰撞无碰撞激波出现在各种各样的天体物理现象中，被认为是宇宙中粒子加速的可能来源。我们以前研究过单个超临界激波（其磁声马赫数高于临界值2.7）（Yao等人，2021，2022）以及两个亚临界激波碰撞（Fazzini等人，2022）引起的粒子加速。在这里，我们建议对来自互穿超临界冲击的加速粒子进行测量，以观察这种事件的“锁相效应”（Fazzini et al. 2022）。与单一超临界无碰撞冲击相比，这种效应预计将显著提高能量化离子的能谱。因此，我们预计，在拟议的实验中获得的结果可能会对我们理解宇宙中粒子的离子加速的一种主要来源（热离子的加速，而不是已经充满能量的离子的二次加速机制）产生重大影响。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Ion Diffusion and Acceleration in Plasma Turbulence
粒子传输、加速和激发是空间和实验室等离子体中非常重要的现象。尽管经过多年的研究，仍然缺乏对这些影响的准确理论描述。验证模型与自洽，动力学模拟代表了今天的一个新的挑战，弱碰撞，湍流等离子体的描述。我们进行二维（2D）混合粒子模拟的稳态湍流研究扩散和加速的过程。所选择的等离子体参数允许跨越不同的系统，从太阳日冕到太阳风，从地球的磁鞘到约束装置。为了描述离子扩散，我们采用了非线性引导中心（NLGC）理论的二维情况。最后，我们研究了相干结构对粒子激励和加速的局部影响：电流片起着重要的作用，如果离子拉莫尔半径的顺序电流片的大小。这种类似共振的过程导致违反磁矩守恒，最终增强了速度空间扩散。
2018-03-26 physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic multi-GeV electron acceleration in a plasma waveguide
本研究利用PW级激光和光学场电离等离子体通道，实现了准单能电子束的加速，峰值能量超过2 GeV，扩展了激光等离子体加速器的能量范围。
2025-03-28 physics.plasm-ph
Optimized laser ion acceleration at the relativistic critical density surface
在实现高能离子束的超短激光脉冲与等离子体的相互作用的努力，体积加速机制超过目标正常鞘加速已经得到了关注。相对论强度的激光可以使近临界密度的等离子体缓慢透明，从而促进离子在运动的相对论临界密度前沿的同步加速。虽然模拟承诺极高的离子能量在这个制度，挑战在于实现的超相对论激光脉冲（$a_0\gtrsim 30$）驱动的反射相对论电子前沿和最快的离子，这对激光和等离子体参数施加了一个狭窄的参数范围的同步运动。我们提出了一个分析模型的相关过程，证实了广泛的参数模拟研究在1D和3D几何形状。通过对脉冲宽度等离子体前沿密度分布的泰勒化，可以优化质子加速性能，并在相对论密度面上扩展有效离子加速的参数空间范围。
2022-01-24 physics.plasm-ph
Self-stabilizing positron acceleration in a plasma column
等离子体加速器维持极端的场梯度，并有可能使未来的紧凑型线性对撞机。虽然在等离子体加速器中加速电子束已经取得了巨大的进展，但与对撞机相关的参数的正电子加速是具有挑战性的。最近提出的正电子加速方案依赖于由电子驱动束在等离子体柱中产生的尾流，已被证明能够加速具有低发射度和低能量扩展的正电子见证束。然而，由于该方案依赖于圆柱对称性，它可能倾向于横向不稳定性，最终可能导致光束分裂。在这篇文章中，我们表明，证人梁本身是受到各种阻尼机制，因此，这个正电子加速计划是固有的稳定对驱动器和证人梁的错位。这使得能够实现稳定、高质量的基于等离子体的正电子加速。
2022-06-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Shock creation and particle acceleration driven by plasma expansion into a rarefied medium
稠密等离子体通过更稀薄的电离介质的膨胀是从天体物理到高能量密度激光物质实验室实验的各种物理环境中感兴趣的现象。在这里，这种情况是通过1D粒子在细胞模拟建模;在一个同样密集的电子-质子等离子体的中间引入了一个因素100的等离子体密度的跳跃，质子和电子温度分别为10 eV和1 keV。稠密等离子体通过稀薄等离子体的扩散，触发了不同的非线性现象的发生，例如强离子声冲击波和稀疏波。检测到二级结构，其中一些是由漂移不稳定的稀疏波。有效的质子加速发生在冲击之前，使最大质子速度达到初始离子热速度的60倍。
2010-07-01 physics.plasm-ph
Generation of giga-electron-volt proton beams by micronozzle acceleration
Institute of Laser Engineering, Osaka University（大阪大学激光工程研究所）；Department of Physics, Indian Institute Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校物理系）
通过微喷嘴加速技术，利用高强度激光产生超过GeV的质子束，为高能物理研究提供新方法。
2025-11-30 physics.plasm-ph
Trapping and acceleration of spin-polarized positrons from $γ$ photon splitting in wakefields
高能自旋极化正电子在$e^- e^+$对撞机物理等前沿研究中有着极其重要的需求，但制备紧凑的正电子源仍然是一个非常具有挑战性的问题。本文提出了一种在等离子体尾场中捕获和加速极化正电子的有效方案。种子电子与双色激光器碰撞产生偏振的$γ$光子，然后通过非线性Breit-Wheeler过程分裂成平均（部分）正电子偏振高于30\%（70\%）的$e^- e^+$对。在空心电子束驱动的回收尾场中，捕获并加速了70%以上的正电子，获得了3.5GeV/cm的能量增益，并伴有轻微的去极化。该方案提供了一个潜在的紧凑和经济的正电子源，为未来的应用。
2020-10-31 physics.plasm-ph
Revealing an unexpectedly low electron injection threshold via reinforced shock acceleration
本研究结合卫星测量与理论进展，提出了包含瞬态结构和波粒相互作用的相对论性电子增强激波加速模型，发现电子注入阈值处于超热范围量级，揭示了典型激波能持续加速电子至极高能量，为电子宇宙射线起源提供新见解。
2025-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Nonlinear manifestations of photon acceleration in time-dependent metasurfaces: tunable broadband harmonics generation
依赖于时间的非线性介质，例如通过气体的激光电离产生的快速产生的等离子体，可以增加单个激光光子的能量并产生可调谐的高次谐波脉冲。这种现象被称为光子加速，传统上需要极端强度的激光脉冲和宏观传播长度。在这里，我们报告了一种新型的非线性材料$-$的半导体超颖表面$-$，表现出有效的光子加速在低强度。我们观察到一个签名的光子加速的非线性表现：三次谐波产生的近红外光子的可调谐频率达到$\approx3.1ω$。一个简单的时间相关的耦合模理论，发现是在良好的协议与实验结果，是用来预测一个新的路径，向非线性辐射源相结合的共振上转换与宽带操作。
2019-01-13 physics.optics physics.plasm-ph
Reaching extreme fields in laser-electron beam collisions with XUV laser light
提出利用等离子体尾场加速光子和带电粒子的新方法，使多GeV电子在XUV激光下达到极端场强，可用于检验强场量子电动力学非微扰理论。
2025-06-02 physics.optics physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation of x-ray wakefield acceleration and betatron radiation in nanotubes
虽然晶体通道中的尾场加速已经被提出，但自从单循环光学激光压缩技术的发明以来，X射线尾场加速直到最近才成为现实的可能性。我们研究了固体材料内部纳米通道引导的相干超短X射线脉冲引起的尾场加速。通过二维粒子在细胞的计算机模拟，我们表明，TeV/cm的加速度梯度是可以实现的。这是约3个数量级强于传统的等离子体为基础的尾流场加速，这意味着一个非常紧凑的计划，以获得可再生能源的可能性。除了粒子加速外，该方案还能诱发~O（10-100）MeV的高能光子发射。我们的模拟证实了这样的高能光子发射，这是在对比的光学激光驱动尾场方案诱导。此外，还讨论了高能电子发射率的显著提高。
2018-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Axionic suppression of plasma wakefield acceleration
当代试图用基于等离子体的尾流场加速来解释超高能宇宙射线的存在，刻意避开了非标准模型粒子物理学。然而，这些建议利用了宇宙中一些最极端的环境，可以想象，标准模型之外的假设粒子对加速过程的有效性有重大影响。轴子解决了强CP问题，并为冷暗物质提供了最重要的候选者之一，它们在当前背景下的潜在意义不应被忽视。我们的分析的场方程描述的等离子体增强轴子揭示了一个戏剧性的轴子诱导抑制的能量所获得的测试粒子在尾场驱动的粒子束，或强烈的电磁辐射脉冲，在超相对论的速度在宇宙中最强的磁场内传播。
2016-07-30 hep-ph physics.acc-ph physics.plasm-ph
