Electrostatic plasma instabilities driven by neutral gas flows in the solar chromosphere
本文研究了太阳色球层中准稳态中性气流驱动的Farley-Buneman（FB）型静电等离子体不稳定性。这些不稳定性在色球层中的作用是明确的。我们发现，不稳定的离子热效应大大减少了库仑碰撞，可以忽略色球FB型不稳定性。相反，不稳定的电子热效应是重要的，并导致显着减少的中性拖曳速度触发的不稳定性。由此产生的阈值速度被发现作为色球高度的函数。我们的研究结果表明，FB型不稳定性仍然是全球色球加热效率低于焦耳耗散的电流驱动这些不稳定性。这一结论并不排除在交叉场电流超过阈值的地方产生FB型不稳定性并对局部加热有贡献的可能性。由这些不稳定性产生的等离子体密度波动的典型长度尺度由不稳定模式的波长确定，其在较低色球层中在$10-10^2$ cm范围内，并且在较高色球层中在$10^2-10^3$ cm范围内。这些结果表明，分米波的无线电波经历散射这些等离子体的不规则性，可以作为一种工具，用于远程探测的太阳色球层在不同的高度。
2013-12-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electrostatic and whistler instabilities excited by an electron beam
电子束-等离子体系统在空间等离子体环境中普遍存在。在这里，使用达尔文粒子网格法，静电和哨声不稳定性的激励由旋转的电子束研究支持最近的实验室实验。假设总等离子体频率$ω_{pe}$大于电子回旋频率$Ω_e$。快速增长的静电束模式波通过减慢和松弛平行于背景磁场的电子束而在几个等离子体振荡中饱和。当它们饱和时，有限振幅静电束模式波可以与背景热电子的尾部共振，并将它们加速到束平行速度。生长较慢的哨声波主要以两种共振模式激发：（a）通过朗道共振，由于平行速度的束电子的反向斜率;（b）通过回旋共振，通过散射电子到更低的俯仰角和更小的能量。结果表明，对于场取向的电子束，哨声不稳定性可以被抑制的静电不稳定性，由于更快的能量转移率之间的电子束和静电波。哨声波和静电波之间的这种增长竞争取决于$ω_{pe}/Ω_e$的比例。在波的传播方面，电子束产生的静电波被限制在电子束区域，而电子束产生的哨声波传输能量远离电子束。
2017-07-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of multi-dimensionality and energy exchange on electrostatic current-driven plasma instabilities and turbulence
本文利用2D2V Vlasov–Poisson动理学模拟研究多维电流驱动静电不稳定性的饱和过程，揭示其四阶段演化及各向同性化特征，发现多维效应会限制纵向高能回流离子形成并促进横向高能离子产生。
2024-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph stat.AP
Resonant instabilities mediated by drag and electrostatic interactions in laboratory and astrophysical dusty plasmas
本文将共振阻力不稳定性中的缺陷特征值共振机制推广为共振不稳定性框架，揭示双流、丝状电离与声学RDI的物理共性及其实验室研究价值。
2023-07-20 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Resilience of quasi-isodynamic stellarators against trapped-particle instabilities
结果表明，在完美的准等动态仿星器，被困粒子的反弹频率远高于不稳定的频率稳定在静电和碰撞的限制。因此，无碰撞俘获粒子的不稳定性是稳定的，以及普通的电子密度梯度驱动的俘获电子模式。这一结果来自静电不稳定性的能量平衡，因此与磁几何的所有其他细节无关。
2015-09-14 physics.plasm-ph
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Comprehensive Gyrokinetic Study of Eigenstate Transitions in Fast Ion-Driven Electrostatic Drift Instabilities
本研究通过回旋动理学理论推导和GKV模拟，揭示了通行快离子驱动的漂移不稳定性中本征态转变的机制，并发现净能量通量可向内，对聚变加热效率有重要影响。
2025-01-23 physics.plasm-ph
The nonmodal kinetic theory for the electrostatic instabilities of a plasma with a sheared Hall current
发展了以剪切模方法或所谓的非模方法为基础的霍尔电流驱动的剪切电流速度不稳定性的动力学理论。发展的理论预测，在霍尔等离子体与非均匀电场，单独的空间傅立叶模式的扰动是确定的框架对流等离子体组件之一。由于霍尔等离子体中的离子流和电子流的不同剪切，该模式被第二分量感知为具有随时间变化的波数的多普勒频移连续剪切模式。由于这种效应，等离子体组分的相互作用形成了非模态的时间相关过程，这应该作为初值问题来研究。所开发的方法适用于流体动力学修改的双流不稳定性和动力学离子声不稳定性的等离子体剪切霍尔电流与匀速剪切的线性初值问题的解决方案。这些解揭示了流速的均匀部分是导致不稳定性模态演化的原因，而流速剪切是非模态不稳定性发展的根源，其指数随时间增长为$\sim\left(t-t_0\right)^3$ .
2019-08-06 physics.plasm-ph
Suppression and excitation condition of collision on instabilities of electrostatic plasmas
本文通过Vlasov-Poisson模拟发现，碰撞不仅能抑制双流不稳定性，还能在冷束理论禁戒速度范围内激发不稳定性，并划分了抑制、过渡、激发和禁戒区域，扩展了对碰撞效应的理解。
2024-07-10 physics.plasm-ph
Ion-electron instabilities in the precursor of weakly magnetized, transrelativistic shocks
本文研究弱磁化跨相对论无碰撞激波前驱区中的离子-电子不稳定性，揭示静电预加热可突破冷重子负载限制并促进大尺度成丝模式增长。
2024-07-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Investigation of the influence of electrostatic excitation on instabilities and electron transport in ExB plasma configurations
本研究通过一维和二维粒子模拟探讨了在ExB等离子体构型中施加轴向时变电场对ECDI等不稳定性演化和电子交叉场输运的影响，发现约40 MHz激发可降低ECDI振幅并减少约30%的电子输运，为提升等离子体约束提供了新途径。
2025-04-03 physics.plasm-ph
Plasma refilling of the lunar wake: plasma-vacuum interactions, electrostatic shocks, and electromagnetic instabilities
本研究通过全动力学PIC模拟揭示月球尾迹填充过程：早期遵循等离子体-真空理论，后期离子束碰撞产生静电激波并激发电磁不稳定性，为理解尾迹动力学和航天器观测提供新视角。
2025-07-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Critical evaluation of the neoclassical model for the equilibrium electrostatic field in a tokamak
用运动方程确定托卡马克等离子体中的静电场的新经典方法困难重重。在这里，我们检查两个流行的表达式的平衡静电场如此确定，并表明，一个未能经受住正式审查，而另一个未能尊重矢量性质的抗磁电流。重新考虑平衡静电场的存在的理由表明，没有字段是需要考虑的净束缚电流定义为磁化的旋度时，中性等离子体。随着环形磁通量分布的任何偏移，产生具有径向和极向分量的动态电场，从而为其任何测量提供替代解释。
2011-01-08 physics.plasm-ph
Three modes of the shear-flow-driven ion cyclotron instability
研究了磁场取向剪切等离子体流中静电剪切流驱动的离子回旋不稳定性。结果表明，剪切流驱动的静电离子回旋不稳定性可以看作是离子动力学、离子流体动力学和电子动力学三种不同的不稳定性的组合。这些不稳定性中的每一个在沿着磁场的不同波长范围中占主导地位。线性化色散方程求解的限制内的长波和短波沿磁场的电子和离子的影响，分别占主导地位的发展，这些不稳定性。得到了耦合磁场中流速切变和波数的失稳激励的一般判据。
2011-01-14 physics.plasm-ph
Linear simulation of ion temperature gradient driven instabilities in W7-X and LHD stellarators using GTC
全球陀螺动力学环形程序（GTC）最近已经升级，可以在非轴对称平衡位形（如仿星器）中进行模拟。利用GTC对Wendelstein 7-X（W7-X）和LHD（Large Helical Device）仿星器中离子温度梯度（ITG）驱动的不稳定性进行了线性模拟。讨论了仿星器中ITG特性的一些结果，包括环形网格收敛、n模数收敛、极向谱和平行谱，以及通量面上的静电势模结构。
2017-05-26 physics.plasm-ph
Amplitude Equations for Electrostatic Waves: multiple species
利用模振幅$A(t)$的展开式分析了不稳定静电波的振幅方程。在弱不稳定性的极限，即$γ\to 0^+$，其中$γ$是线性增长率，非线性系数是奇异的，它们的奇异性预测$A(t)$对$γ$的依赖性。一般地，需要将$|A(t)|=γ^{5/2}r(γt)$缩放为$γ\to 0^+$以消除所有阶的系数奇异性。这一结果预示了电场标度$|E_k|\simγ^{5/2}$将普遍适用于这些不稳定性（包括束-等离子体和双流配置）在整个动态演化和时间渐近状态。在特殊情况下，如无限大质量的离子，系数是不太奇异和更熟悉的捕获标度$|E_k|\simγ^2$恢复。
1997-06-10 cond-mat nlin.PS patt-sol
Characterizing Fluid and Kinetic Instabilities using Field-Particle Correlations on Single-Point Time Series
最近提出的技术相关的电场和粒子速度分布适用于单点时间序列提取的线性不稳定，静电数值模拟。的形式的相关性，它测量之间的电场和等离子体分布的相空间能量密度的转移，并已被施加到阻尼静电系统，被修改为包括漂移平衡分布的类型，驱动逆流和颠簸的尾部不稳定性的影响。通过使用单点时间序列，相关性是理想的诊断系统中的动态，其中访问的综合量，如能量，是观测上不可行的。场-粒子关联的速度-空间结构表征了驱动不稳定系统的基本物理机制。在简单系统中使用这种相关性将有助于其最终应用于湍流，磁化等离子体，最终目标是表征抑制太阳风湍流波动的机制的性质。
2017-01-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic instabilities and plasma turbulence driven by electron-temperature gradient
在类托卡马克等离子体的局部平板模型中考虑了由电子温度梯度驱动的电磁不稳定性和湍流。该模型描述了扰动的尺度大于和小于通量冻结尺度$d_e$，因此捕获静电和EM制度的湍流。众所周知的静电不稳定性-平板和曲率介导的ETG -恢复，并发现一个新的不稳定性的EM制度，称为热Alfvénic不稳定性（TAI）。它既存在于平板形式（sTAI，不稳定的动力学阿尔文波），也存在于曲率介导形式（cTAI），后者是（电子尺度）动力学气球模式（KBM）的表亲。cTAI在模型覆盖的最大尺度上（大于$d_e$但小于$ρ_i$）占主导地位，其物理机制取决于总温度沿扰动磁场线的快速均衡（与压力平衡的KBM相反）。湍流级联理论，然后构建，与两个能量注入尺度：$d_e$，其中的驱动程序是板ETG和sTAI，和一个更大的（并行系统的大小依赖）的规模，其中的驱动程序是cTAI。如果温度梯度大于某个临界值，则后者主导湍流输运，该临界值与电子β成反比。由此产生的热通量的比例更陡峭的温度梯度比由于静电ETG湍流，引起更硬的运输。这可以被视为支持电子传输控制等离子体中的近边缘稳态的物理论点（例如，基座）。虽然该模型是简单的，它所揭示的新的物理应该是那些试图模拟电磁湍流的影响，在托卡马克相关的配置与高β和大的电子温度梯度的兴趣。
2022-07-01 physics.plasm-ph
Electrostatic stability of electron-positron plasmas in dipole geometry
在点偶极和Z箍缩偶极几何极限下研究了正负电子等离子体的静电稳定性。推导并求解了亚反弹频率不稳定性的动力学色散关系。对于零德拜长度的情况下，稳定性图被发现表现出奇异行为。然而，当德拜长度为非零时，流体模式出现，这解决了所观察到的奇异性，并且还表明温度和密度梯度都可以驱动不稳定性。结果表明，确定参数空间中的稳定边界需要一个有限的德拜长度。朗道阻尼研究尺度充分小于德拜长度，不稳定的情况下。
2017-11-21 physics.plasm-ph
On the transition between the Weibel and the whistler instabilities
本文用数值方法研究了等离子体组态在环境磁场幅值逐渐增大的情况下，非共振（韦伯型）和共振（哨声型）不稳定性之间的转变。弗拉索夫-麦克斯韦系统是在一种配置中求解的，其中场有三个分量，但只依赖于一个坐标和时间。这些不稳定性的非线性演化示出的等离子体频率的前几个谐波的电磁和静电模式的激发，并在一个大的环境磁场的情况下，到一个长波长，空间调制的哨声不稳定性所产生的磁场的振幅。
2010-08-15 physics.plasm-ph
Marginal Role of the Electrostatic Instability in the GeV-scale Cascade Flux from 1ES 0229+200
针对耀变体1ES 0229+200 GeV级级联通量缺失问题，本文定量评估静电不稳定性对次级伽马射线到达时间的影响，发现其延迟不足以解释级联缺失，说明静电不稳定性在该过程中作用有限。
2024-12-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Quasilinear particle transport from gyrokinetic instabilities in general magnetic geometry
在静电和无碰撞近似下，保持磁场的几何形状为任意的，计算了由回旋运动不稳定性引起的准线性粒子通量。特别地，电子和重杂质离子的通量研究的限制，前者移动得很快，后者缓慢，沿场相比，模式频率。得出的结论是如何这些物种的粒子通量取决于磁场的几何形状，模式结构和频率的不稳定性。在某些条件下，例如处处有利或不利的磁曲率和适度的温度梯度，有可能对磁通量作出一般性的陈述，而与不稳定性的细节无关。对于大多数粒子来说，在具有良好的反弹平均曲率的准等动力仿星器中，如果温度梯度不是太大，粒子通量总是向外的，这表明可能很难用从壁面喷出的气体为这种设备提供燃料。在具有主要不利的磁曲率的设备中，粒子通量可以向内，导致等离子体中心的自发密度峰值。在高电荷杂质的限制下，普通扩散（与密度梯度成比例）在其他传输通道上占主导地位，扩散系数变得与质量和电荷无关。由离子温度梯度不稳定性引起的磁场波动所造成的运输水平的估计也给出，并示出是小的静电分量相比。
2018-05-25 physics.plasm-ph
Self-organization of photoionized plasmas via kinetic instabilities
本文综述了强场光致电离非平衡等离子体通过双流、电流丝化和Weibel等动力学不稳定性实现自组织的过程，提出了生成各向异性非热稠密等离子体的实验平台，并利用飞秒与皮秒级分辨技术测量了静电波及磁场的时间演化。
2023-11-27 physics.plasm-ph
On the collisional damping of plasma velocity space instabilities
对于等离子体速度空间不稳定性驱动的粒子分布显着偏离麦克斯韦，弱碰撞可以阻尼的不稳定性的量是显着超出碰撞率本身。这是由于碰撞的双重作用，往往放松等离子体分布朝向麦克斯韦和抑制线性扰动的分布函数。前者的效果可以占主导地位的情况下，不稳定的非麦克斯韦分布驱动的时间尺度上的碰撞比碰撞短得多的无碰撞运输，和理想的不稳定性的增长率有一个敏感的依赖于分布函数。以静电捕获电子驱动的哨声不稳定性为例，阐明了等离子体速度空间不稳定性的强烈碰撞阻尼效应，并通过第一性原理动力学模拟得到证实.
2023-02-02 physics.plasm-ph
Analysis of mathematical techniques for the calculation of the electrostatic field in a dielectric-loaded waveguide
格林函数用于获得位于矩形波导的电介质层中的电荷所产生的静电势的分辨率需要有效的积分技术。由于要积分的函数的特性和振荡性质，使用Filon方法以及收敛性分析是足够的。然而，这种数值积分技术的应用会导致结果中的数值不稳定性。为此，在本研究工作中，我们提出了两种不同的方法来处理这些数值积分误差：SSA/MSSA和GPR。以这种方式，可以清除静电势，避免在静电场的计算中的后续误差。
2020-05-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Analytical Properties of Linear Electrostatic Waves in Two-Component Quantum and Classical Plasmas
我们研究了线性静电波的性质，在非磁化量子和经典等离子体组成的一个或两个人口的电子与解析易处理的分布函数中存在一个固定的中和离子背景。从动力学量子等离子体的纵向磁化率，我们评估的影响，由于背景分布函数的复杂性增加。首先，我们分析了单组分等离子体中的色散和朗道阻尼，并考虑了具有各种解析性质的分布函数：Dirac δ函数，具有两个复一阶极点的Cauchy分布，具有两个二阶极点的平方Cauchy分布，以及具有四个一阶极点的逆四次分布;我们还简要讨论了非亚纯的完全退化和任意退化的Fermi-Dirac分布。为了研究静电不稳定性，然后我们转向等离子体与两个群体的电子流相对于彼此在两种情况下：一个对称的情况下，两个逆流相同的人口和一个凸点的情况下，一个主要的人口和一个三角函数束。我们得到相应的线性动力学色散关系和评估的不稳定性时，电子分布函数的δ函数，柯西，平方柯西，或逆四次类型的属性。与其他研究一致，我们发现，一般来说，量子效应减少波长范围的不稳定模式在长波长。我们还发现了第二个窗口的不稳定性在较短的波长，并阐明其性质是由于量子反冲。我们注意到实验室和天体物理量子等离子体研究的可能影响。
2018-07-04 physics.plasm-ph
Influence of Ion Streaming Instabilities on Transport Near Plasma Boundaries
等离子体边界层易受由预鞘中的离子流驱动的静电不稳定性的影响，并且当存在时，这些不稳定性可以影响传输。在具有单一正离子的等离子体中，在低气压和大电子-离子温度比（$T_e/T_i \gg 1$）的条件下，预期离子-声不稳定性。在具有两种正离子的等离子体中，也可以激发离子-离子双流不稳定性。稳定性相空间的特点是使用彭罗斯准则和近似线性色散关系。这些不稳定性如何影响离子和电子输运的预鞘，包括快速热化由于不稳定性增强碰撞和不稳定性增强的离子-离子摩擦力的预测，也简要回顾。这些预测最近的实验测试进行了讨论，以及进一步验证所需的研究需求。计算的稳定性边界提供了一个指导，以确定这些影响可以预期的实验条件。
2015-10-04 physics.plasm-ph
Drift-Alfven instabilities of a finite beta plasma sheared flow along a magnetic field with inhomogeneous ion temperature
本文研究了具有可比的非均匀离子温度和均匀电子温度的有限β等离子体在磁场排列（平行）剪切流中的漂移-阿尔芬不稳定性。在数值求解静电势和电磁势方程组的基础上，定量地讨论了不稳定性的发展。结果发现，占电磁离子动力学响应，这通常被忽略了在现有的讨论中的漂移阿尔芬不稳定性的稳定等离子体，揭示了新的漂移阿尔芬不稳定性驱动的离子温度梯度，流速剪切，和离子朗道阻尼的耦合作用。激发的不稳定波具有沿磁场方向的相速度和离子的热速度，以及与频率相当的增长率。
2020-05-19 physics.plasm-ph
Nonlinear coupling of whistler waves to oblique electrostatic turbulence enabled by cold plasma
动力学模拟和理论表明，哨声波可以激发斜，短波长的波动，通过二次漂移不稳定性，如果人口足够冷的等离子体。激发的模式导致加热的冷人口和阻尼的主要哨声波。不稳定阈值取决于冷种群的密度和温度，如果冷种群的温度足够低，则不稳定阈值可以相对较小。因此，这种机制可能会发挥重要作用，在控制振幅的哨声在地球的磁层的冷背景等离子体足够的密度存在的地区。
2021-04-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
First principles gyrokinetic analysis of electromagnetic plasma instabilities
本文在回旋动力学理论的框架内对电磁堆芯托卡马克不稳定性进行了双重分析。第一原理的理论基础的gyrokinetic理论被用来解释和证明与全球电磁粒子在细胞的代码Orb5，其模型是来自拉格朗日形式主义的数值结果。对应于Orb5模型的能量守恒定律是从Noether定理推导出来的，并在代码中实现为能量平衡和守恒验证的诊断。一个额外的诺特定理为基础的诊断实施，以分析不稳定的机制，在托卡马克的核心区域的静电和电磁离子温度梯度（ITG）的不稳定性。研究了高电磁场$β$下向动力学振荡模（KBM）的转变。
2019-03-26 physics.plasm-ph
Electrostatic Waves and Electron Heating Observed over Lunar Crustal Magnetic Anomalies
在月球地壳磁异常之上，大部分太阳风电子和离子会被散射，并流回太阳风流，导致许多有趣的效应，如静电不稳定性和波。这些静电结构也可以与背景等离子体相互作用，导致电子加热和散射。我们研究的静电波和电子加热观察到的月球磁异常，通过分析数据从加速，重联，湍流，电动力学的月球与太阳的相互作用（ARTEMIS）航天器。通过对2011年和2013年两次绕月探测的分析，发现电子双流不稳定性（ETSI）和电子回旋漂移不稳定性（ECDI）可能在驱动静电波中起重要作用。我们还发现，ECDI，随着修改双流不稳定性（MTSI），可能提供的机制，负责大量各向同性电子加热的月球磁异常。
2021-04-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Self Heating of Corona by Electrostatic Fields Driven by Sheared Flows
指出了日冕自加热的一种机制。它示出的剪切流的形式提供的自由能引起不稳定的静电波，加速粒子和加热它们。静电扰动通过两个过程发生：（a）纯粹增长的剪切流驱动的不稳定性和（b）剪切流驱动的漂移波。这些过程发生在整个电晕中，因此自加热在该等离子体中非常重要。如果假设初始扰动为约百分之一，即$\frac{eφ}{T_{e}}\simeq10^{-2}$，则这些不稳定性可在$3\times10^{-2}$内几秒时间内产生约100伏或更小量级的局部静电势$φ$。垂直于外磁场$\textbf{B}_{0}$方向的波长分量在10 ~ 1 m之间变化。纯粹增长的不稳定性创建静电场剪切流，即使密度梯度不存在，而密度梯度是至关重要的漂移波不稳定性的并发。主题词：太阳：日冕的自加热，剪切流驱动的不稳定性，漂移波。
2012-01-03 physics.plasm-ph
Solar Wind Penetration into Dusty Magnetospheres creates Electrostatic Waves and Structures
National Centre for Physics（巴基斯坦物理中心）；Institute of Space Technology（空间技术研究所）；Pakistan Academy of Sciences（巴基斯坦科学院）；National University of Sciences and Technology（国立科学与技术大学）
研究太阳风穿透尘埃磁层产生低频静电波和非线性结构的机制及预测其频率范围
2025-12-03 physics.plasm-ph
Fundamental form of the electrostatic $δf$-PIC algorithm and discovery of a converged numerical instability
$δf$粒子网格算法是研究等离子体物理，特别是在陀螺动力学背景下的湍流磁化等离子体的有用工具。由于不必解析全分布函数而导致的噪声降低表明了优于标准（“全$f$“）单元中颗粒的效率优势。尽管取得了成功，但该算法在某些情况下表现得很奇怪。在这项工作中，我们记录了一个完全解决的数值不稳定性，发生在最简单的多物种的测试情况下：静电$Ω_H$模式。还有一个不太清楚的数值不稳定性，当一个人在粒子数上分辨率不足时，可能需要大量的粒子来稳定。这两个都是独立的时间步进计划，我们的结论是，他们存在，如果时间推进是准确的。精确的解析形式的算法，并提出了几个计划，以减轻这些不稳定性。
2016-04-18 physics.plasm-ph
Parametric instabilities of the inhomogeneous near SOL tokamak plasma, driven by the coupled effect of the high harmonic fast wave and of the ion and electron temperatures gradients, and anomalous heating of the near SOL ions
Plasma Research Center, Pusan National University（釜山国立大学等离子体研究中心）；Department of Electrical Engineering, Pusan National University（釜山国立大学电气工程系）
数值研究高谐波快波与温度梯度耦合驱动的近刮削层静电参量不稳定性，发现参量衰变产生高谐波离子回旋波和准模，导致各向异性离子加热。
2026-06-15 physics.plasm-ph
Gyrokinetic modelling of anisotropic energetic particle driven instabilities in tokamak plasmas
中性束产生的高能粒子在托卡马克装置中激发了高能粒子驱动的测地声学模（EGAM）。我们研究了高能粒子分布函数的各向异性对这种不稳定性的激发与ORB 5，一个回旋粒子在细胞的代码。数值结果显示与ORB 5的线性静电模拟。的增长率被发现是敏感地依赖于相空间形状的分布函数。的不稳定性的行为进行定性比较的色散关系的理论分析。利用加热求解器RABBIT得到了真实的中性束高能粒子各向异性分布，并作为输入分布函数引入到ORB 5中。结果表明，依赖于注入角的增长率。实验测量的定性比较，发现它们之间的一些分歧，在模拟的增长率远低于从实验。的差异的解释是先进的。
2022-01-11 physics.plasm-ph
MeV cosmic-ray electrons modify the TeV pair-beam plasma instability
本研究探讨线性朗道阻尼对TeV耀变体对束等离子体不稳定性的影响，发现其抑制斜向模式并增强准平行模式，使能量损失效率提升超一个数量级。
2025-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electrostatic ion perturbations in kinematically complex shear flows
本文的范围是确定如何离子静电波扰动等离子体流的运动学复杂的速度剪切的存在下的影响。为此目的，我们考虑基于以下物理方程组的模型：控制系统演化的电势的运动方程、连续性方程和Poisson方程。线性化方程后，我们用数值方法求解。我们发现，对于各种特定的参数值的系统可能会表现出相当有趣的动态行为。特别是，我们证明了系统表现出两种不同的剪切流不稳定性：（a）~当波矢量呈指数规律演化时，离子声模式也变得不稳定;而（b）~另一方面，人们可以在参数空间中找到区域，当波矢量周期性变化时，物理系统受到强烈明显的参数不稳定性。我们还显示了拍波现象的产生的可能性，其特征在于一个值得注意的准周期性的时间行为。在结论中，我们讨论了可能的应用领域和进一步的推广所提出的工作的方向。
2015-04-16 physics.plasm-ph
Comparing the counter-beaming and temperature anisotropy driven aperiodic electron firehose instabilities in collisionless plasma environments
电子消防管不稳定性是研究最多的动力学不稳定性之一，特别是在空间等离子体中，其动力学主要由无碰撞的波粒相互作用控制。本文对由各向异性温度和电子反束布居数激发的非周期电子水龙带不稳定性进行了比较分析。两个对称的反束提供了类似于单个（非漂移）布居的温度各向异性的有效动力学各向异性，其中沿磁场方向的温度大于垂直方向的温度。因此，反束流等离子体容易受到类似消防软管的不稳定性（FIs），平行和倾斜的分支。在这里，我们专注于倾斜的光束FI，这也是非周期性的自由能时，对称的反光束提供。研究结果表明，当漂移或聚束速度（$U$）不超过热速度（$α$）时，在相同的波数区间和相同的倾斜角度范围内（相对于磁场方向），存在非周期性聚束，但反聚束聚束.然而，对于$U/α> 1$，还预测了另一种静电双流不稳定性（ETSI），其增长率可能高于CBFI，并且在这种情况下可能主导动力学。
2022-09-01 physics.plasm-ph
The electron-ion streaming instabilities driven by drift velocities of the order of electron thermal velocity in a nonmagnetized plasma
本文利用一维静电粒子网格程序研究了非磁化等离子体中电子热速度量级的漂移速度驱动的电子-离子流不稳定性。初始状态被建立，其中离子体速度为零，而电子相对于离子漂移，并且其中电子热得多。我们详细研究了四个运行中的漂移速度系统地从低于大于电子热速度变化。在所有运行的朗缪尔波多普勒频移占主导地位的早期时，流不稳定性太弱，无法辨别。然后出现强烈的离子声波或布尼曼不稳定性，这往往伴随着局域电子和离子束。当初始漂移速度大于电子热速度时，系统中离子声模和布尼曼模共存。当出现足够大速度的局域光束时，光束模式被激发。在不稳定性发展阶段，密度凹陷的传播方向总是与局域离子束的方向相反。当初始漂移速度接近电子热速度时，对相关的不稳定性进行分类并不容易，需要详细研究系统演化各个阶段的波色散图。
2013-05-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Growth of beam-plasma instabilities in the presence of background inhomogeneity
我们探讨了背景等离子体数密度的不均匀性如何改变束等离子体系统的静电不稳定波模的增长。这是特别有趣的耀变体驱动的光束等离子体的不稳定性，这可能会被抑制在星系际介质的不均匀性，最近在文献中声称。使用高分辨率的粒子在细胞模拟与SHARP代码，我们表明，增长的不稳定性是本地的，即，具有几乎均匀的背景密度的区域将支持朗缪尔波的增长，即使当它们被强烈不均匀的区域分开时，也会导致不稳定性的总体较慢的增长。我们还表明，如果背景密度是连续变化的，增长率的不稳定性是较低的，虽然在所有情况下，系统保持在线性政权的时间更长，不稳定性不会消失。在所有情况下，与非线性饱和时的均匀情况相比，光束损失了其初始动能的大约相同部分。因此，星系际介质的不均匀性不太可能抑制耀变体驱动的束-等离子体不稳定性的增长。
2018-04-13 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Nonlinear wave interactions in quantum magnetoplasmas
考虑了量子磁等离子体中静电上杂化波、离子回旋波、下杂化波和阿尔芬波的非线性相互作用。为此，量子流体动力学方程用于推导非线性耦合UH，IC，LH和阿尔芬波的控制方程。然后对方程进行傅立叶分析，得到非线性色散关系，该关系承认量子尺度下UH波的衰减和调制不稳定性。给出了不稳定性的增长率。它们可以在我们的工作在实验室和天体物理环境中的诊断应用中发挥作用。
2006-10-31 astro-ph physics.plasm-ph
Collisionless microinstabilities in stellarators I - analytical theory of trapped-particle modes
这是两篇关于仿星器中无碰撞、静电微观不稳定性的论文中的第一篇，重点是捕获粒子模式。据发现，在所谓的最大- $J$配置，捕获粒子不稳定性是缺席的参数空间的大区域。准等动力仿星器具有这种性质（近似），理论预测被捕获的电子稳定在所有频率低于电子反弹频率的本征模。物理原因是，反弹平均曲率对所有轨道都是有利的，并且被捕获的电子在与漂移波传播方向相反的方向上进动，从而排除了波粒共振。这些考虑仅取决于静电能量平衡，并且除了最大$J$条件之外与磁场的所有几何性质无关。然而，如果纵横比是大的和不稳定的相速度大大不同于电子和离子的热速度，它是可能的，以获得一个变分形式的频率显示，稳定性占主导地位的参数空间的一个更大的部分比从能量参数。因此，准等动力仿星器中的无碰撞俘获电子模应该比托卡马克中的更稳定。
2013-11-14 physics.plasm-ph
On electromagnetic instabilities at ultra-relativistic shock waves
本文讨论了相对论激波前兆通过微观不稳定性产生磁场的问题。上游等离子体的磁化水平是一个关键参数，特别是因为冲击前兆的长度尺度受到背景磁场中加速粒子的拉莫尔旋转和冲击波速度的限制。本文详细讨论和计算了由加速粒子和反射粒子布居所引起的下列束等离子体不稳定性的增长率：对于非磁化激波，韦伯不稳定性和折射不稳定性，以及切伦科夫共振纵模和斜模;对于磁化激波，具有纵向静电模的韦伯不稳定性和共振切伦科夫不稳定性，以及阿尔芬不稳定性，耳语和非凡模式。所有这些不稳定性都是在上游产生的，然后它们被传递到下游。由切伦科夫共振不稳定性激发的模式对于下游介质的磁化具有特别重要的意义，因为作为等离子体本征模式，它们具有比韦伯模式更长的寿命。我们讨论的主要限制波的增长与长度的前体和上游介质的磁化倾斜和平行的冲击波。我们还刻画了获得费米加速的适当条件。我们恢复了最近的粒子模拟的一些结果，并得出结论与天体物理的情况下，特别是脉冲星风和伽马射线暴外部冲击波的一些应用。（节录）
2009-09-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Data-driven discovery of a heat flux closure for electrostatic plasma phenomena
本研究利用稀疏回归方法，从OSIRIS粒子模拟数据中识别出六个关键项，构建了适用于一维静电等离子体现象的热通量闭合模型，为无碰撞流体模拟提供了平衡计算效率与物理保真度的数据驱动解决方案。
2025-03-21 physics.plasm-ph
Parametric study of non-relativistic electrostatic shocks and the structure of their transition layer
在实验室等离子体中经常观察到非相对论性静电非磁化激波，它们很可能存在于天体物理等离子体中。它们的最大速度，表示在远上游的冲击离子声速的单位，只取决于电子-离子的温度比，如果二进制碰撞是不存在的。这种冲击的形成和演变的研究在这里广泛的冲击速度与粒子在细胞（PIC）模拟。电子和重400倍的离子的初始温度是相等的。激波在电子时间尺度上在马赫数1.7和2.2之间形成。在数十个逆离子等离子体频率之后形成马赫数高达2.5的激波。随着马赫数的增加，激波反射离子束的密度增加，穿过激波的离子数减少，导致下游区域在其静止坐标系中的较慢膨胀。该离子束所占据的间隔相对于远上游处于正电势上。即使在没有电子束不稳定性的情况下，这种电势也会在冲击前预热电子，并使冲击前的前震中的电子温度与远上游等离子体中的电子温度相差很大。激波的有效马赫数因电子加热而减小。这种效应可能会稳定与超新星遗迹（SNR）冲击一样快的非相对论静电冲击。
2013-04-24 physics.plasm-ph
Simulation study of the formation of a non-relativistic pair shock
我们研究与粒子在细胞（PIC）模拟碰撞的两个同样稠密的云冷对等离子体。云相互渗透，直到不稳定性开始，这加热了等离子体并触发了一对冲击波的形成。在碰撞速度c/5和低温条件下，增长最快的波是静电双流模式和准静电斜模式。这两种波通过相空间涡旋的形成而增长和饱和。这些非线性等离子体结构的强电场提供了一种加热和压缩流入的上游轻子的有效手段。泄漏回上游区域的热轻子与流入的冷上游轻子的相互作用不断驱动介导冲击的静电波。这些波主要沿着激波法线加热流入的上游轻子，这导致激波后区域的速度分布各向异性。这种分布引起了韦伯不稳定性。我们的模拟表明，即使激波是由准静电波介导的，强磁波仍然会在其下游区域发展。
2017-01-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic Electrostatic Waves and their Association with Current Structures in the Solar Wind
在太阳风中产生各种各样的动力波。这些波和更大尺度的结构之间的关系，如电流片和持续的湍流仍然是一个研究课题。同样，在太阳风中产生离子声波的不稳定性仍然是一个悬而未决的问题。本文的目标是调查动力学静电朗缪尔和离子声波在太阳风在0.5 AU，并确定是否电流片和相关的流不稳定性可以产生所观察到的波。这些波和电流之间的关系进行了统计研究。太阳轨道器的无线电和等离子体波仪器套件提供了波动电场的高分辨率快照。低频接收器解析离子声波的波形，时域采样器解析离子声波和朗缪尔波的波形。使用这些波形数据，我们确定当这些波被观察到的太阳风中的电流结构，估计从背景磁场。在太阳风中经常观测到朗缪尔波和离子声波。在0.5 AU处，约有1%的时间观察到离子声波。在海流增强的地区更有可能观察到波浪。然而，波通常不会发生在当前结构本身。观测到的太阳风中的电流太小，不足以通过单个离子和电子群体之间的相对漂移来驱动不稳定性。当存在多组分离子和/或电子分布时，观察到的电流可能足以不稳定。离子束是最合理的离子声波源。通过将朗缪尔波的峰值频率与由航天器电势计算的等离子体频率进行比较，证实航天器电势是背景电子密度的可靠探针。
2021-04-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear interaction of Alfvénic instabilities and turbulence via the modification of the equilibrium profiles
使用 ORB5 代码模拟高能粒子驱动的 Alfvén 模式，发现其通过携带热通量修改等离子体温度剖面，从而间接减弱湍流，并在 ASDEX Upgrade 实验案例中验证了该效应。
2023-06-28 physics.plasm-ph
The gyrokinetic field invariant and electromagnetic temperature-gradient instabilities in `good-curvature' plasmas
University of Oxford（牛津大学）；Merton College, Oxford（牛津大学默顿学院）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Otago（奥塔哥大学）
本研究通过回旋动理学场不变量解释了曲率驱动不稳定性的局域特性，证明良曲率区不稳定模式必为电磁性，提出新型磁漂移模式并探讨其在高β聚变等离子体中的意义。
2025-01-20 physics.plasm-ph
The Stochastic Field Transport associated with the Slab ITG Modes
许多模型的异常运输考虑湍流ExB运输所产生的静电微观不稳定性。在本文中，我们调查是否扰动磁场，这是与这种不稳定性在小，但有限的{β}值可以导致显着的随机磁场运输。以具有磁剪切的等离子体板中的撕裂宇称、长波长离子温度梯度（ITG）模为例，计算了当等离子体耗散由半碰撞电子模型给出时，在共振面处产生的扰动磁场的振幅。由此产生的随机场运输的估计，并与由于ITG模式的ExB运输的估计进行比较。
2013-07-05 physics.plasm-ph
Ion temperature and density gradient driven instabilities and turbulence in Wendelstein 7-X close to the stability threshold
研究 Wendelstein 7-X 仿星器中接近临界稳定性的离子温度梯度（ITG）不稳定性及湍流，发现普适不稳定性主导输运，且磁剪切对湍流有稳定作用。
2024-07-24 physics.plasm-ph
An Energy- and Charge-conserving, Implicit, Electrostatic Particle-in-Cell Algorithm
本文讨论了一种新的全隐式公式的一维静电粒子模拟（PIC）等离子体方法。与早期的隐式静电PIC方法（基于线性化的Vlasov-Poisson公式）不同，我们的方法基于非线性收敛的Vlasov-Ampère（VA）模型。通过迭代粒子和场到严格的非线性收敛容限，该方法具有优越的稳定性和准确性，避免了早期隐式PIC实现中的大部分准确性陷阱。特别是，制定是稳定的时间（CFL）和空间（混叠）的不稳定性。对任意隐式时间步长的数值求解是电荷和能量守恒的。虽然动量不完全守恒，但自适应粒子子步进轨道积分器使误差保持较小，这有助于防止粒子隧穿。VA模型沿粒子轨道进行轨道平均，以执行具有粒子子步进的能量守恒定理。因此，非常大的时间步长，仅受感兴趣的动态时间尺度的约束，是可能的，而不损失精度。在数学上，该方法具有Jacobian自由牛顿-克雷洛夫求解器。在这项研究中的一个主要发展是新的时间粒子变量（位置和速度）的非线性消除。这种非线性消除，我们称之为粒子奴役，结果在非线性配方与内存的要求相比，流体计算，并为我们提供了大量的自由度方面的粒子轨道积分。给出了数值例子，证明了该方案的宣传性质。特别是，长时间的离子声波模拟表明，数值精度不会降低，即使非常大的隐式时间步长，显着的CPU增益是可能的。
2011-01-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Alternative high plasma beta regimes of electron heat-flux instabilities in the solar wind
太阳风中的热输运主要由超热电子布居决定，即，一个纤细的光环和一个场对准的光束/射线，具有高能量并沿着磁场逆太阳漂移。它们的演化可能为热通量随太阳风膨胀而迅速下降提供合理的解释，通常被称为自生不稳定性，或所谓的热通量不稳定性（HFIs）。本论文提供了一个统一的描述HFI的全谱，所规定的线性动力学理论的高β条件（$β_e \gg 0.1$）和不同的相对漂移（$U$）的超温流。区分不同性质的HFI，即，电磁的、静电的或混合的，平行于或倾斜于磁场传播等，以及它们的相互作用（共存）或支配制度。HFI的这些替代机制相互补充，并且可能是超热电子的不同相对漂移和太阳风中的各种条件的特征，例如，在慢速或快速风，流动相互作用区和行星际冲击。此外，这些结果强烈表明，热通量调节可能不仅涉及一个，而是几个HFI，伴随或相继的时间。一个单一的，定义明确的不稳定性，对超热电子的主要影响，隐含的，热通量的条件，似乎是非常有限的。惠斯勒高频干扰更有可能发生，但仅限于轻微漂移（最近的观测也报告了这一点），这可能解释了准线性研究和数值模拟中已经显示的对其监管的适度影响。
2020-08-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
