Simulating Dust Lattice Waves in Plasma Crystals Using the Box_Tree Code
K. Qiao, T. W. Hyde
使用Box_Tree代码检查尘埃晶体中的DLW和DLW模式。
DAW and DLW modes within a dust crystal are examined using the Box_Tree code.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Interaction force in a vertical dust chain inside a glass box
少量的尘埃粒子团簇可用作等离子体诊断的探针。尘埃颗粒的数量以及簇的大小和形状可以很容易地控制，采用玻璃盒放置在GEC射频参考室内，以提供限制的灰尘。该盒内和较大等离子体室内的等离子体参数尚未充分确定。调整射频功率会改变等离子体的条件，从而导致团簇的结构变化。这种效应可以用来探测射频功率与等离子体其它参数之间的关系。本实验利用小团簇振荡的晃动和呼吸模式，研究了系统射频功率与玻璃盒内粒子电荷和等离子体屏蔽长度之间的关系。实验结果表明，随着箱内射频功率的增加，屏蔽长度和粉尘荷电量均减小。尘埃电荷随着功率的增加而减少，这可能表明离子捕获在鞘层中起着重要作用。
One-dimensional vertical dust strings in a glass box
研究了GEC参比池中下电极顶部玻璃盒内形成的一维垂直尘埃弦的振荡谱。描述了一种用于产生单个竖直粉尘串的机构。结果表明，振动振幅，共振频率，阻尼系数和振动相位的尘埃粒子分为两个不同的群体。一组表现出较低的阻尼系数，增加振幅和降低共振频率的尘埃粒子更接近下电极。另一组显示出高阻尼系数，但异常的共振频率和振幅。在低振荡频率下，两组也被π相位差分开。两组之间的行为差异的一个可能的原因进行了讨论。
Ion-wake Field inside a Glass Box
由玻璃盒提供的限制被证明是形成垂直排列结构的理想方法，并且是控制包括这些灰尘结构的灰尘颗粒的数量以及它们的尺寸和形状的方便方法。本文绘制了玻璃盒的电子约束图，测量了玻璃盒内粒子对之间的相互作用。的离子尾场被示出存在于玻璃盒内，其垂直和水平的程度进行了测量。
Dust as probes: determining confinement and interaction forces
复杂的等离子体是有趣的系统，因为带电的尘埃可以自组装成不同类型的有序结构。为了理解从一种结构到另一种结构的转变机制，有必要知道环境中的尘埃电荷和限制电场，这些参数很难独立测量。离子尾流场使问题进一步复杂化，离子尾流场在流动的等离子体中的尘埃颗粒下游发展。尾流场引起的局域离子密度的差异改变了尘埃粒子的平衡电荷和屏蔽距离，从而影响了粒子间的相互作用。在这里，我们使用分子动力学模拟的离子流通过尘埃颗粒来研究尘埃粒子和离子之间的相互作用。我们认为一个长的垂直链的粒子被限制在一个玻璃盒放置在一个GEC射频参考电池的下电极。离子从盒顶部的大量等离子体流到负的下电极。我们应用该模型迭代自洽地确定的灰尘电荷，电场，离子密度沿链的长度以及离子流的速度。模拟结果表明，离子流在盒内的速度为亚音速。
Dust cluster spin in complex (dusty) plasmas
在实验中观察到了复杂等离子体鞘层中立方体玻璃盒中小尘埃团的自发旋转。由于尘埃粒子之间的强耦合，这些星团表现得像一个刚体，其中星团的旋转取决于它们的配置和对称性。通过评估不同的贡献力的影响，据推测，所观察到的旋转是由离子尾流力施加在集群上的净扭矩驱动的。团簇的结构和对称性决定了由离子尾流力引起的净扭矩是否为非零，从而导致团簇旋转。一个COPTIC（笛卡尔网格，斜边界，粒子和热在细胞）模拟得到的离子尾流电位提供了一个理论模型的集群旋转，其中包括离子尾流力和中性阻力和预测的旋转速率和方向与实验结果一致。然后，这些结果用于诊断盒内的离子流。
Simulating the Diverse Instabilities of Dust in Magnetized Gas
最近，斯奎尔和霍普金斯表明，带电尘埃颗粒在任何外力（如辐射压、重力）的影响下穿过磁化气体时，都会受到一系列不稳定性的影响。质量上不同的不稳定性家族与不同的阿尔文波或磁声波和漂移或陀螺运动有关。我们提出了一套模拟探索这些不稳定性，在一个均匀的介质中的晶粒受到外部加速度。我们改变参数，如尘埃，等离子体$β$，大小比例和加速度的洛伦兹阻力的比例。研究的所有制度驱动湍流运动和尘埃到气体的波动在饱和状态，可以迅速放大磁场均分速度波动，并产生不稳定性，无限期地持续（尽管随机颗粒运动）。不同的参数产生不同的形态和性质不同的功能，在尘埃中，但饱和气体状态可以广泛地表征为各向异性磁声或Alfvenic湍流。准线性理论可以定性地预测气体湍流特性。湍流从小尺度向大尺度发展，大尺度的模式通常会驱动更剧烈的气体湍流，但尘埃速度和密度波动更为复杂。在许多情况下，尘埃形成的结构（团块、细丝、薄片）达到极端的超密度（平均值高达$\gg 10^{9}$倍），甚至在几乎不可压缩的气体中也表现出大量的子结构。在较低的尘气比下，这些可能更加突出。在其他情况下，尘埃通过磁波动自激散射，使尘埃速度各向同性并放大，产生快速扩散的尘埃运动。
Glow and dust in plasma boundaries
鞘层区域探测在不同的复杂的等离子体实验中使用尘埃粒子除了测量的光发射源自等离子体。光发射的局部最大值与鞘层边界处准中性的破裂相吻合，这一点由从尘埃粒子轨迹重建的垂直力分布图以及悬浮在电介质盒中的高密度尘埃云中的尘埃密度波的局部发作所指示。
Charge of dust particles in a particle chain
当被限制在玻璃盒内时，带电的尘埃颗粒形成在射频放电的电极鞘中沿垂直方向延伸的结构。由于等离子体条件和上游粒子的尾场的变化，每个粒子上的电荷作为高度的函数而变化。这里的平衡态的链的不同数量的粒子的分析进行分析，以确定在垂直延伸的链内的每个粒子上的电荷，以及正尾场电荷的大小。
Dust as probe for horizontal field distribution in low pressure gas discharges
在气体放电等离子体中使用尘埃颗粒作为探针是一种非常有前途的方法，但同时也是非常具有挑战性的方法，因为必须解决对尘埃颗粒的单独外部控制。我们提出并证明了RotoDust实验的适用性，在平面电极氩射频气体放电的水平约束场平衡的良好控制的离心力。我们已经达到了电场的分辨率为0.1 V/cm。这种技术是用来验证数值模拟和地图的对称性的约束在尘埃等离子体实验中使用的玻璃盒。
Temperature measurement of a dust particle in a RF plasma GEC reference cell
悬浮在等离子体室中的尘埃粒子的热运动在许多方面类似于布朗运动所描述的热运动。等离子体系统中的尘埃粒子与自由布朗粒子之间的主要区别在于，除了尘埃粒子与中性气体原子之间的随机碰撞之外，还有电场波动、尘埃电荷波动以及源自等离子体系统本身内部的不需要的连续信号的相关运动。这最后一个贡献不包括随机运动，因此与正常温度测量中的随机运动是可分离的。本文讨论了如何利用均方位移技术分析实验测得的尘埃粒子起伏数据，分离出气体电子会议射频参考室玻璃箱中尘埃粒子的随机和相干运动。
Structural phase transitions and out-of-plane dust lattice instabilities in vertically confined plasma crystals
在一个正常的实验环境下，采用计算机程序BOXITREE模拟了限制在外部一维抛物势阱中的等离子体晶体的形成。在适当的条件下，发现晶体形成层状系统。系统的结构相变，包括不同层数和相同层数但不同层内结构的晶体之间的过渡，进行了研究，发现与以前的理论和实验研究结果一致。一至两层的过渡进行了详细的研究，并开始在该点的平面外晶格不稳定性出现。在系统的中心观察到由这种不稳定性引起的三层系统。最后，这种面外晶格不稳定性的增长率得到使用BOXITREE模拟与这些结果表明，同意从分析理论得到的。
Helical Structures in Vertically Aligned Dust Particle Chains in a Complex Plasma
自组装结构从垂直对齐，带电的尘埃粒子束内的玻璃盒放置在较低的，供电的电极的RF GEC细胞进行了生产和实验研究。自组织形成的一维垂直链，二维锯齿形结构和三维螺旋结构的三角形，四边形，五边形，六边形，和七边形对称的发生。系统的演变是从一个一维的链结构，通过曲折过渡到一个二维的，纺锤状的结构，然后到各种三维的，螺旋结构表现出多重对称性的进展。稳定的配置被发现是依赖于系统的限制，（其中是水平和垂直的灰尘共振频率），在一个束和RF功率的粒子的总数。对于具有固定数量的颗粒的簇，发生结构转变的RF功率是可重复的，并且没有表现出可观察到的滞后。这些结构转变的临界条件以及随后发展的一维、二维和三维结构所表现出的基本对称性，与Kamimura和Ishihara [10]理论上提出的采用分子动力学模拟确定的最低能量的理论预测构型非常一致。
Simulating the Injection of Magnetized Plasma without Electromagnetic Precursor Wave
注入磁化等离子体的磁化强度或注入速率的变化需要在模拟箱的边界处的时变磁场。简单的实现将导致电磁前兆波，可能会影响仿真结果。这个问题是众所周知的，例如在Lemebege和Dawson 1987中描述过。从那时起，很少有论文试图处理这个问题，没有标准的解决方案存在。在本研究报告中，我们建议Lemebege和Dawson 1987年论文中使用的ad-hoc脉冲形状可以用标准数字低通滤波器代替。该滤波器的截止频率应与磁化等离子体中的陀螺频率一致，以利用由回旋电子引起的（多普勒展宽）共振吸收。我们用一个代码例子说明了这个想法，并证明了这种方法的效率与我们的电磁粒子在细胞代码的样本模拟。
Simulating fusion reactions from Coulomb explosions within a transport approach
本文用输运方法研究了强激光诱导氘团簇库仑爆炸的核聚变反应。采用随机方法，将D+D $\rightarrow$ n + He $^3$通道作为非弹性碰撞，用反应速率方程标定了箱系统模拟的中子产额。通过与现有理论极限的比较证明了单个团簇的库仑爆炸的合理性，然后我们研究了具有不同团簇数和团簇中不同氘数的系统的库仑爆炸动力学。我们发现，在最后阶段的氘核的动能谱是不同的，当中子大量产生，相应的显着不同的反应速率。我们还根据直观的参数化形式将中子产额结果从小系统外推到大系统，并与现有的实验结果进行了比较。本框架可以通过引入更多的通道来扩展，并有助于进一步研究更高能量下等离子体系统中的核聚变反应。
Nonlinear Evolution of Instabilities Between Dust and Sound Waves
我们使用数值模拟研究了声学“共振阻力不稳定性”（RDI）的非线性演化。当尘埃颗粒流经气体时，尘埃-气体混合物中的声学RDI被激发，与声波相互作用，导致线性不稳定性。我们在周期性盒子中研究了这个过程，通过外部驱动力加速中性尘埃。不稳定性如线性理论所预测的那样增长，最终分裂成湍流并饱和。在线性理论中，非线性行为的特点是由三个区域-高，中，低波数-之间的边界是由粉尘-气体耦合强度和粉尘-气体质量比。高和中间波数制度的行为彼此相似，大的灰尘气体比波动，而气体仍然在很大程度上不可压缩。饱和状态是高度各向异性的：尘埃沿着加速方向集中在细丝，射流或羽状物中，湍流涡旋状结构在垂直方向上迅速形成和消散。低波数制度表现出气体和尘埃密度的大波动，但尘埃和气体仍然更强烈地耦合在垂直于加速度的相干“前线”。这些行为与外部流体动力学湍流"被动"驱动的尘埃的行为有质的不同，尘埃对气体没有反反作用力。这些不稳定性的致命性质对各种天体物理系统中的尘埃驱动风有着有趣的影响，包括冷星周围，活动星系核周围的尘埃鸟居，以及巨大分子云内部和周围。
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