Filamentation of the electromagnetic precursor in relativistic quasi-perpendicular electron-positron shocks
该研究提出电磁前驱体丝化不稳定性产生相对论剪切流和反向磁场分量，可触发磁重联，从而在正负电子对冲击波上游加速粒子。
2025-07-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Stability analysis of a periodic system of relativistic current filaments
由韦伯型双折射不稳定性产生的电流丝的非线性演化是空间和实验室等离子体物理中的一个主要研究课题。本文研究了逆流对等离子体中稳态周期非线性电流丝链的稳定性。我们利用相对论四流体模型，并应用Floquet理论计算了空间周期系统的二维不稳定本征模。我们研究了三种不同的情况，其特征在于不同程度的非线性和不对称的等离子体流之间：弱非线性对称系统，倾向于纯横向合并模式;强非线性对称系统，占主导地位的相干漂移扭结模式的横向周期等于，或未扰动丝的整数分数;一个适度的非线性非对称系统，受到扭结和聚束型扰动的混合。数值计算的本征模的增长率和配置文件同意在细胞中的粒子模拟结果。此外，我们推导了对称双光束系统中主导的平行合并不稳定性和漂移扭结不稳定性之间的转换的解析判据。
2018-06-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
On parallel laser beam merger in plasmas
本文利用非线性薛定谔方程求解器和粒子模拟，研究了等离子体中多束平行激光束的相互作用，揭示了其从非相对论下的自聚焦与互聚焦不稳定性向中等相对论状态转变的物理机制。
2023-12-11 physics.plasm-ph
Observation of Self-Sustaining Relativistic Ionization Wave Launched by Sheath Field
我们目前的实验证据支持的相对论电离波发射到周围的气体由鞘场的等离子体灯丝与高能电子的模拟。通过用峰值强度为$5 \times 10^{17}$ W/cm $^2$的短脉冲激光（$\sim$ 115 fs）照射成簇气体射流来产生这种细丝。我们观察到一个电离波通过气体径向传播约2 ps在0.2-0.5 $c$后，激光已经通过，增加一倍的初始半径的灯丝。的气体被电离的鞘场，而长寿的波被解释为一个移动的场结构，陷阱的边界附近的高能电子，保持一个强大的鞘场，尽管显着的等离子体膨胀。
2013-08-28 physics.plasm-ph
Merger and reconnection of Weibel separated relativistic electron beam
相对论电子束在等离子体中的传输充满了束等离子体不稳定性。其中最突出的是无碰撞的韦伯不稳定空间分离的前向传播REB和返回屏蔽电流。这导致REB电流细丝的形成，其通常具有在不稳定性的线性阶段期间的电子趋肤深度的大小。已经观察到，在非线性阶段，丝的尺寸随着它们彼此合并而增加。在垂直于REB传播的平面中的2D PIC模拟的帮助下，结果表明，这些合并发生在两个不同的非线性阶段。在第一阶段，总磁能增加。然而，随后，在第二阶段期间，人们观察到磁能减少。结果表明，从一个非线性政权到另一个发生的过渡时，与个别灯丝的典型电流击中阿尔芬阈值。因此，在第二非线性状态下，灯丝不再允许电流的任何增加。然后，磁重联事件耗散了由导致在垂直平面中产生高能电子射流的合并过程产生的过量电流（及其相关的磁能）。在以后的时间里，当只剩下很少的细丝时，可以清楚地识别出单个的重连事件。据观察，在这些事件之间的磁能保持恒定，并显示出突然下降，当两个灯丝合并。因此，在这些重连事件中释放的电子喷流是造成横向加热的原因，这在以前的一些研究中已经提到[Honda et al.Phys.Plasmas 7，1302（2000）]。
2017-10-31 physics.plasm-ph
Stream instabilities in relativistically hot plasma
在相对论热电子背景下，导出了一般传输角下相对论离子束的不稳定性。结果表明，在垂直于流动方向的方向上的韦伯不稳定性是增长最快的模式，可能是第一次出现，与PIC模拟中看到的对齐的细丝一致。斜，准垂直模式增长几乎一样快，因为增长率只适度变化的角度，他们可能会扭曲或扭曲后的垂直模式饱和的灯丝。
2011-04-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Heating in a Relativistic, Weibel-Unstable Plasma
采用粒子模拟方法，对两束初始未磁化的相对论逆流均匀离子-电子等离子体束的动力学过程进行了二维数值模拟。结果表明，电流细丝，这是由于韦伯不稳定性的形式，发展一个大规模的纵向电场的方向相反的电流所携带的细丝的理论预测。电流丝中快速移动的离子由于该纵向电场而减速。相同的纵向电场，这是部分感应和部分静电，被确定为电流丝中的电子加速的主要来源。横向电场虽然大于纵向电场，但在加热电子方面所起的作用较小，这与先前的权利要求相反。研究发现，在一维中，电子被强烈磁化，并被\textit{not}加速超过其初始动能。相反，电子的加热通过灯丝的弯曲和破裂而增强，这释放了否则将被捕获在单个灯丝内的电子，并且因此根据楞次定律经由感应减缓了韦伯不稳定性的发展（即，磁场增长）。在2D模拟中，电子被加热到离子初始动能的大约四分之一。最大磁能约为4%，在模拟结束时衰减到不到1%。大部分电子的加热发生在纵向电场仍在增长时，而只有一小部分加热是随后的磁场衰减的结果。离子被发现逐渐减速，直到模拟结束时，他们保留的残余各向异性小于10%。
2015-01-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Focusing of a Long Relativistic Proton Bunch in Underdense Plasma
讨论了长相对论质子束团在欠密等离子体中传输时所经历的聚焦效应。我们表明，与2D准静态模拟的等离子体的存在下的束的响应提供了一个聚焦力的质子。我们讨论了等离子体的有限横向尺寸对过程动力学的影响，并介绍了欧洲核子研究中心AWAKE实验中进行的测量。
2023-02-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Homogeneous Focusing Field for Short Relativistic Electron Bunches in Plasma
对相对论短电子束团在等离子体尾流透镜中的聚焦进行了解析和数值模拟研究。对于两种透镜，导出了相对论电子束团聚焦序列的必要参数。这些参数的验证进行了数值模拟。
2020-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-confinement of relativistic pair beams in magnetized interstellar plasmas: the case of pulsar X-ray filaments
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
研究脉冲星X射线细丝等现象挑战宇宙射线传输标准图景的问题，通过全动力学二维粒子模拟，发现电荷中性对束能自发产生净电流，驱动非共振流不稳定放大磁场，为电荷不对称和粒子自约束提供途径。
2026-07-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Perturbative approach to the self-focusing of intense X-ray laser beam propagating in thermal quantum plasma
本文从理论上研究了热量子等离子体中X射线强激光束的自聚焦问题。利用相对论流体模型，考虑零温极限下简并电子的流体动压，用微扰法求解电子的非线性动量方程，得到了相对论简并电子的非线性电流密度。在只考虑激光束振幅的三阶非线性的情况下，导出了描述激光束与量子等离子体相互作用的非线性方程。结果表明，通过求解简并电子的非线性方程来考虑系统的非线性，得到的波动方程与将量子等离子体的纵波介电常数问题推广到相对论情形的结果不同。考虑了高斯分布激光光斑尺寸的演化，研究了量子项对自聚焦质量的影响。结果表明，考虑量子效应会导致自聚焦特性的降低，并且Bohm隧穿势的影响比简并电子压力项的影响更显著.
2018-11-04 physics.plasm-ph
Unforeseen advantage of looser focusing in vacuum laser acceleration
本文实验研究真空激光加速，发现紧聚焦与松聚焦虽峰值强度差十倍却产生可比拟的电子加速结果，揭示焦点附近注入后加速机制的关键作用，并与三维粒子模拟结果一致。
2023-10-18 physics.plasm-ph
Uniform focusing of sequence of relativistic positron bunches in plasma
基于等离子体的加速器维持比在常规加速器中获得的大几个数量级的加速梯度。在正负电子对撞机中，利用等离子体中激发的尾波场对电子束和正电子束进行聚焦是非常重要的。在等离子体中的聚焦机制，其中一个序列的所有电子聚束被相同地聚焦，已经被作者早先提出。本文用2.5D程序LCODE对等离子体中相对论性正电子束团序列的聚焦机制进行了数值模拟研究，其中序列中的正电子束团被均匀一致地聚焦。数值模拟了均匀等离子体中正电子长束团的自洽径向动力学。在模拟中，我们使用等离子体的流体动力学描述。换句话说，等离子体被认为是冷电子液体，正电子束团是宏观粒子的集合体。正电子束团被认为是纵向均匀的圆柱体。束团中的正电子在径向上按高斯分布。结果表明，在这种情况下，只有第一束团处于不等于零的有限纵向电尾流场中。其他束团在零纵向电尾流场Ez=0。该序列束团之间的纵向尾流场和径向力不为零。聚焦径向力的区域中，所占据的束，是恒定的沿每个束Fr= const。束之间的径向力是不均匀的。序列的所有正电子束团被相同地和均匀地聚焦。
2020-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma Lenses for Relativistic Laser Beams in Laser Wakefield Accelerators
将拍瓦级激光束聚焦成用于不同应用的各种光斑尺寸在成本、劳动力和空间方面是昂贵的。在本文中，我们提出了一种等离子体透镜，利用激光自聚焦效应灵活地调整激光束的大小。使用固定的常规聚焦系统将激光聚焦在等离子体前方的短距离处，我们可以在一定范围内调节有效激光束腰，就好像使用各种聚焦系统与等离子体透镜一起充当望远镜中的可调节目镜。这样的设置是一个强大的工具，激光尾场加速器实验在国家的最先进的拍瓦激光项目，并允许扫描焦斑参数。
2019-01-23 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Demonstration of relativistic electron beam focusing by a laser-plasma lens
激光等离子体技术有望大幅缩小高能电子加速器的尺寸。它可以使自由电子激光提供给广大的科学界，并进一步推动电子加速器的极限，为高能物理。此外，独特的飞秒性质的来源，使它成为一个有前途的工具，研究超快现象。然而，由于缺乏合适的透镜来传输这种强流电子束，主要是由于它们的发散性，应用受到阻碍。在这里，我们表明，这个问题可以通过使用激光等离子体透镜，其中的场梯度是五个数量级大于传统的光学解决。我们证明了减少了近三个因素的发散，这应该允许一个有效的耦合与传统的光束传输线的光束。
2015-03-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
