Theory of Two Dimensional Mean Field Electron Magnetohydrodynamics
本文提出了电子磁流体动力学（EMHD）模型中扩散过程的平均场电动力学理论。与磁流体动力学（MHD）不同，这里的磁场的演化是由一个关于磁场变量的非线性方程控制的。本文详细描述了二维扩散过程。特别是，分析表明，湍流磁场扩散率受到朴素准线性估计的抑制。结果表明，完全whisterizing的频谱，湍流扩散消失。的湍流频谱的哨声化的问题进行了研究数值，并观察到一个合理的趋势whisterization。数值研究还表明，抑制磁场扩散，根据分析估计。
1999-06-07 physics.plasm-ph
Non-diffusive transport in plasma turbulence: a fractional diffusion approach
数值证据的非扩散运输的三维，电阻压力梯度驱动的等离子体湍流。结果表明，试验粒子径向位移的概率密度函数（pdf）是强非高斯的，并表现出代数衰减尾。为了模拟这些结果，我们提出了一个宏观传输模型的PDF的基础上使用的分数阶导数在空间和时间，纳入在一个统一的方式时空非局部性（非Fickian运输），非高斯，和非扩散标度。分数扩散模型再现了湍流输运计算的非高斯pdf的形状和时空标度。该模型还再现了所观察到的超扩散标度。
2004-03-04 physics.plasm-ph
Vorticity Packing Effects on Long Time Turbulent Transport in Decaying Two-Dimensional Incompressible Navier-Stokes Fluids
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；University of Notre Dame（圣母大学）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
研究涡度堆积分数对衰减二维不可压缩纳维-斯托克斯湍流中长时间输运的影响，揭示涡度堆积对输运行为和欧拉平衡态的关联。
2025-11-07 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Transport of high-energy charged particles through spatially-intermittent turbulent magnetic fields
确定最高能量宇宙射线的来源需要了解它们是如何被随机的、空间上间歇性的星系间磁场偏转的。在这里，我们报告的测量充满活力的带电粒子通过激光产生的磁化等离子体与这些属性的传播。我们通过实验表征了颗粒的扩散传输。结果表明，输运是扩散的，并且对于最高能量宇宙射线的感兴趣的区域，扩散系数不受磁场的空间不稳定性的影响。
2020-03-30 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Scaling laws of two-dimensional incompressible turbulent transport
利用高质量的直接数值模拟方法研究了二维不可压湍流场中的扩散输运问题。采用了三类湍流谱，它们能够捕获短和长范围的时空相关性和振荡特征。我们报告了新的标度律，从$γ=7/10$范式的换算指数，并依赖于湍流的功能。发现了扩散在冻结区和冻结区之间的一个简单关系，强调了区分微分和积分特征尺度的重要性。
2023-03-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Reproducing anomalous transport coefficients from electro-static tokamak edge turbulent dynamics
Nuclear Department, ENEA（意大利国家核能局核能部）；Physics Department, “Sapienza” University of Rome（罗马大学物理系）
该研究通过局部模拟揭示了托卡马克边缘湍流中输运的扩散特性，发现输运系数受湍流能量谱影响，表明异常输运是等离子体非线性漂移动力学的固有现象。
2026-03-05 physics.plasm-ph
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Experimental evidence of the non-diffusive avalanche-like electron heat transport events and their dynamical interaction with the shear flow structure
实验结果表明，非扩散类雪崩事件是托卡马克堆芯等离子体中普遍存在的电子湍流热输运过程。在低约束模和弱内输运势垒托卡马克等离子体中，在没有磁流体动力学不稳定性的情况下，观察到它们。此外，电子温度分布图，这表明存在的$E \times B$剪切流层，清楚地表明，以及它们的动态相互作用的雪崩事件。测得的剖面宽度约为$45ρ_i$，这意味着该结构的中尺度性质。
2019-01-28 physics.plasm-ph
A study on the turbulent transport of an advective nature in the fluid plasma
本文用数值方法研究了近绝热状态下等离子体能量静电湍流通量的平流性质。这种状态由Hasegawa-Mima方程表示，该方程由噪声驱动，该噪声可以对由于等离子体密度和电势的相位失配而导致的不稳定进行建模。假设噪声是高斯的，并且在沿着方向$\hat s$的反射下不是不变的。结果表明，这种噪声所产生的磁通密度是各向异性的：虽然沿$\hat s$方向是随机的，但沿垂直方向${\hat s}_\perp$不是随机的，并且磁通不是扩散的。重整化响应可以近似为平流，其中速度与傅立叶空间$\vec k$中的$(kρ_s)^2$成比例。
2014-01-24 physics.plasm-ph
Simulations Campaign of the Turbulent Diffusion at Tokamaks Edges
为了优化现代聚变装置中的磁约束特性，对跨场输运的理解至关重要。在这项工作中，一个二维的，简化的模式被用来研究在该区域的刮除层的湍流动力学。我们展示了如何的数值模型，减少Braginskii方程的基础上，是能够描述的形成和随时间的演变的斑点结构。我们研究这些复杂的动力学通过使用经典的欧拉分析和拉格朗日方法，通过改变等离子体的环境条件。我们已经发现，磁剪切和等离子体的配置文件是至关重要的输运的属性。通过以下拉格朗日示踪剂，我们观察到扩散瞬态的径向运输，在lengthscales大于典型的斑点大小。这一工作对于理解托卡马克装置边缘的湍流输运是有意义的。
2022-09-06 physics.plasm-ph
Transport of and Radiation Production by Trans-relativistic/Non-relativistic Particles Moving Through Sub-Larmor-Scale Electromagnetic Turbulence
具有亚拉莫尔尺度电磁场湍流的等离子体是各种高能量密度环境的特征，并且对于许多天体物理/实验室等离子体现象的描述至关重要。来自粒子的辐射，无论是相对论的还是非相对论的，通过小尺度磁湍流运动，具有与同步加速器和回旋加速器辐射不同的光谱特征。辐射携带着磁湍流统计特性的信息，也与粒子扩散输运密切相关。我们从理论和数值两个方面研究了非相对论和反相对论粒子在具有高振幅各向同性亚拉莫尔尺度磁湍流的等离子体中的输运，及其与这些粒子同时产生的辐射谱的关系。因此，亚拉莫尔尺度下湍流等离子体的扩散和辐射特性可以作为诊断实验室和天体物理等离子体的有力工具。
2015-09-02 physics.plasm-ph
High-energy Emission from Turbulent Electron-ion Coronae of Accreting Black Holes
Centre for mathematical Plasma Astrophysics, Department of Mathematics, KU Leuven（鲁汶大学数学系数学等离子体天体物理中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Physics Department and Columbia Astrophysics Laboratory, Columbia University（哥伦比亚大学物理系和哥伦比亚天体物理实验室）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理研究所）；Department of Astronomy and Joint Space-Science Institute, University of Maryland（马里兰大学天文系和联合空间科学研究所）
本文提出了一种模型，研究强湍流黑洞冠状物中粒子加速和辐射机制，通过模拟展示湍流冠状物产生非热离子分布，并与观测到的X射线谱一致，特别以NGC 4151为例，预测MeV尾部辐射由湍流电流片加速的非热电子主导。
2026-03-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
First-principles demonstration of diffusive-advective particle acceleration in kinetic simulations of relativistic plasma turbulence
非热相对论等离子体普遍存在于脉冲星风星云和活动星系核等天体物理系统中，从它们的发射光谱可以推断。传统上，粒子加速（NTPA）的非热过程是用动量空间中的Fokker-Planck（FP）扩散-平流方程来模拟的。在本文中，我们直接测试的FP框架在从头算动力学模拟驱动磁化湍流在相对论对等离子体。通过统计分析跟踪粒子的运动，我们证明了NTPA的扩散性质，并测量FP能量扩散（$D$）和平流（$A$）系数作为粒子能量$γm_e c^2$的函数。我们发现，$D(γ)$的规模为$γ^2$在高能量的非热尾，符合二阶费米加速理论，但有一个更弱的标度在较低的能量。我们还发现，$A$是不可忽略的，并减少NTPA的倾向于拉粒子的粒子能量分布的峰值。这项研究为湍流NTPA的FP图像提供了强有力的支持，从而增强了我们对空间和天体物理等离子体的理解。
2020-03-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Numerical modeling and physical interplay of stochastic turbulent acceleration for non-thermal emission processes
粒子加速是天体物理和空间等离子体中普遍存在的现象。扩散激波加速（DSA）和随机湍流加速被认为是产生高能粒子的可能机制，特别是在弱磁化区域。在天体物理源中通常观察到不同加速过程的相互作用以及各种辐射损失。DSA是一个系统性的加速过程，在冲击附近激发粒子，而随机湍流加速（STA）是一个随机的激发过程，宇宙射线粒子和电磁波动之间的相互作用导致粒子加速。这个过程通常被解释为能量空间中的有偏随机游走，通过福克-普朗克方程建模。在目前的工作中，我们描述了一种新的欧拉算法，通过将湍流加速DSA和辐射过程，如同步加速器和逆康普顿发射的存在。所开发的框架扩展了成熟的相对论磁流体动力学（RMHD）代码PLUTO中的混合欧拉-拉格朗日模块。通过我们的验证测试和案例研究，我们展示了这两种加速过程的竞争和互补性质。轴对称模拟的RMHD喷流与此扩展的混合框架清楚地表明，由于冲击的排放是本地化的，而由于湍流加速起源于回流，是更分散的，特别是在高能量的X射线波段。
2021-08-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle acceleration at magnetized, relativistic turbulent shock fronts
本文首次通过模拟证明，在轻度相对论性磁化正负电子对激波中，强湍流可在超光速位形下重新激活粒子加速，并产生幂律谱，且高磁化时湍流随机加速可取代激波加速。
2023-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A nonlinear Monte Carlo model of super-diffusive shock acceleration with magnetic field amplification
宇宙等离子体中的快速无碰撞冲击将它们的动能流转化为热的下游热等离子体，其中相当大一部分能量进入超热带电粒子和磁波动的广谱。超热粒子可以穿透到激波上游区域，产生扩展的激波前兆。冷的上游等离子体流被超热粒子压力梯度提供的力减速。在高马赫数无碰撞激波中，有效的粒子加速可能与由加速粒子的各向异性分布产生的湍流磁场放大（MFA）相耦合。这种各向异性是由快速粒子输运决定的，使得问题具有强非线性和多尺度性。在这里，我们提出了一个非线性Monte Carlo模型的无碰撞冲击结构与超扩散传播的高能费米加速粒子耦合粒子加速和MFA提供了一个一致的描述强冲击。蒙特卡罗技术的一个显著特征是它包括在所有前体位置处的粒子分布的全角度各向异性。该模型揭示了高能粒子的超扩散传输（即，Levy-walk传播）在前体颗粒分布中产生强的四重各向异性。高能粒子的合成压力各向异性产生非共振镜型不稳定性，该不稳定性放大波长比由冲击产生的最高能量质子的回旋半径长的可压缩波模式。
2017-03-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A Classification Scheme For Turbulent Acceleration Processes In Solar Flares
本文建立了强磁化等离子体中低频等离子体湍流随机加速模型的分类方案。这种分类考虑了加速电磁场的性质和加速区域中带电粒子的传输性质。我们分组的加速过程，无论是共振，非共振或共振加宽，这取决于粒子运动是否是自由流沿磁场，扩散或两者的组合。随机加速移动磁镜和绝热压缩作为说明性的例子。我们得到的动量相关的扩散系数$D(p)$的表达式，无论是一般形式的加速力和电磁力是波浪形的情况下，与指定的色散关系$ω=ω(k)$。最后，对于所考虑的模型，我们计算了与能量相关的加速时间，这个量可以直接与加速粒子产生的辐射场的时间分布的观测结果进行比较，例如在太阳耀斑期间。
2012-06-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetized oscillatory double-diffusive convection
研究了垂直均匀背景磁场作用下振荡双扩散对流的性质。ODDC发生在根据史瓦西判据不稳定而根据勒杜判据稳定的恒星区域（有时称为反方向区域），这些区域通常被预测位于中等质量主序星的核心之外。以前对ODDC的流体动力学研究表明，基本不稳定性饱和成弱波浪状对流状态，但次级不稳定性有时会将其转化为分层对流状态，然后层迅速合并并增长，直到整个区域完全对流。我们发现，磁化的ODDC具有非常相似的性能整体，有一些重要的定量差异。线性稳定性分析表明，增长最快的模式是不受影响的领域，但其他模式。从数值上看，磁场影响基本不稳定性的饱和，总体上降低了温度和成分的湍流通量。这反过来又会影响地层的形成，通常会延迟地层的形成，有时甚至会在足够强的磁场下完全抑制地层的形成。然而，还需要进一步的工作来确定恒星中的层形成实际上被抑制的场强。潜在的观测影响进行了简要讨论。
2022-05-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
