Microphysically modified magnetosonic modes in collisionless, high-$β$ plasmas
本文通过混合动力学模拟和解析理论，研究了高$β$无碰撞等离子体中NP模式和快磁声波的非线性行为，发现它们会激发镜像和火管等微观不稳定性，进而通过粒子散射影响波衰减和激波形成，为低碰撞等离子体湍流理论奠定基础。
2023-04-04 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Strong collisionless damping of the low-velocity branch of electromagnetic wave in plasmas with Maxwellian-like electron velocity distribution function
用有理多项式分式近似代替Maxwell分布指数，得到了电子波色散方程中数值发散积分主值的精确解析表达式，并计算了主值。同时我们的计算也表明了电磁低速场存在很强的无碰撞阻尼具有类麦克斯韦电子速度分布函数的等离子体中的（电子）波在一些小的（百分之几的数量级）处与大电子密度的主要区域中的麦克斯韦分布有差异，然而，由于分布尾部的差异，其中电子密度本身小得可以忽略不计。
2007-09-14 physics.plasm-ph
Propagation and collisionless damping of topologically-protected surface plasma waves in non-uniformly magnetized plasma columns
本文将拓扑保护表面等离子体波理论扩展至有限尺寸磁线圈产生的三维磁场，发现TSPWs沿磁场减弱方向传播时会在局部倏逝区域被无碰撞吸收且反射可忽略。
2025-09-16 physics.plasm-ph
Collisionless tangential discontinuity between pair plasma and electron-proton plasma
我们研究与一维粒子在细胞（PIC）模拟的膨胀对云成磁化的电子-质子等离子体，以及形成和随后的传播的切向不连续性，分离两个等离子体。它的传播速度取这样一个值，即不连续性的磁压力与对云的热压力和质子的冲压压力相平衡。质子被不连续性加速到超过快磁声速10倍的速度。超临界快磁声激波形成在这个束的前面。在激波下游和不连续点前方质子温度的增加使不连续点保持完整。我们通过在模拟边界处向均匀的电子-质子等离子体中注入一对云来产生不连续性，该等离子体被垂直的磁场渗透。在X射线双星（微类星体）的相对论对喷流中，无碰撞切向不连续性与其内部茧的相对论轻子永久接触，它们成为无线电同步辐射的来源。
2020-02-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamics and modulation of cosmic ray modified magnetosonic waves in a galactic gaseous rotating plasma
针对旋涡星系星际介质，建立含宇宙射线的耗散旋转磁等离子体模型，推导修正色散关系、KdVB与NLS方程，揭示宇宙射线对磁声阻尼、冲击波及调制不稳定性的影响。
2025-01-07 physics.plasm-ph
Comparison of local and global gyrokinetic calculations of collisionless zonal flow damping in quasi-symmetric stellarators
本文在准对称仿星器中比较了磁通管、磁通面和全体积三种几何下的纬向流无碰撞阻尼计算，揭示了局部计算在中等径向波数下可准确再现全体积残余，但小径向波数时振荡与阻尼时间尺度偏长。
2021-03-13 physics.plasm-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
Effect of Landau damping on ion acoustic solitary waves in a multi-species collisionless unmagnetized plasma consisting of nonthermal and isothermal electrons
导出了考虑Landau阻尼效应的Korteweg-de Vries（KdV）方程，研究了弱非线性、弱色散离子声波在由两种不同种类的电子和暖绝热离子组成的无碰撞非磁化等离子体中的传播.较热的高能电子物种遵循凯恩斯等人的非热速度分布。保留信函22，2709（1995）]，而较冷的电子物种服从玻尔兹曼分布。发现该KdV型演化方程的非线性项系数在不同的参数平面上沿不同的曲线族为零。在这种情况下，修改的KdV（MKdV）方程，包括朗道阻尼的效果有效地描述了离子声波的非线性行为。我们还观察到，在参数平面上，包含Landau阻尼效应的KdV和MKdV类演化方程的非线性项的系数沿一族曲线同时等于零。在这种情况下，我们推导出一个进一步修改的KdV（FMKdV）方程，包括朗道阻尼的影响来描述离子声波的非线性行为。实际上，在不同的参数空间区域中，已经导出了不同的包含Landau阻尼效应的修正KdV类演化方程来描述离子声波的非线性行为。本文应用Ott & Sudan [Phys. Fluids 12，2388（1969）]的方法求出了具有非线性项$(ϕ^{(1)})^{r}\frac{\partial ϕ^{(1)}}{\partial ξ}$的发展方程的孤波解，其中$ϕ^{(1)}$是一阶扰动静电势，$r =1,2,3$是一阶扰动静电势。我们发现对于所有的$r =1,2,3$，孤立波解的振幅都随时间减小…
2018-10-30 physics.plasm-ph
Expansion of a radially symmetric blast shell into a uniformly magnetized plasma
用二维粒子模拟方法研究了热压力驱动的径向爆炸壳体在稀薄环境等离子体中的膨胀过程。目的是确定层流冲击是否形成在无碰撞等离子体中，类似于它们的磁流体动力学对应物。环境等离子体由温度为2 keV的电子和冷的完全电离的氮离子组成。它被空间均匀的磁场所渗透。在受冲击的环境介质和原始环境介质之间形成前向激波，随着激波传播角度相对于磁场的增加，前向激波从离子声激波经过慢磁声激波再到快磁声激波。与磁场斜向传播的慢磁声激波变为垂直传播方向的切向不连续，这与磁流体动力学模型一致。膨胀的爆炸外壳对磁场的驱逐触发了电子回旋漂移不稳定性。
2018-05-08 physics.plasm-ph
Reduction of compressibility and parallel transfer by Landau damping in turbulent magnetized plasmas
采用线性Landau阻尼和有限Larmor半径（FLR）修正的FLR-Landau流体模型，对磁化等离子体中的衰减湍流进行了三维数值模拟。结果表明，与可压缩Hall-MHD的模拟相比，线性朗道阻尼是负责显着的磁声波阻尼，这是一致的线性动力学理论。当β参数不太小时，流体的可压缩性和沿环境磁场的平行能量级联也被显著抑制。与Hall-MHD相比，FLR-Landau流体模型可以正确地描述无碰撞等离子体（如太阳风）中的湍流，从而解释其几乎不可压缩的行为。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Non-linear collisionless damping of Weibel turbulence in relativistic blast waves
在弱磁化无碰撞冲击波的物理学中，韦伯/双折射不稳定性起着关键的作用。从高能天体物理学的角度来看，这种不稳定性也起着至关重要的作用，因为它在激波前兆中的发展使下游充满了小尺度的静磁湍流，这种湍流形成了超热粒子的加速和辐射过程。本工作讨论了相对论性无碰撞冲击波的韦伯产生的湍流下游的耗散的物理。它明确地计算与粒子轨迹的扩散性质相关的一阶非线性项。这些修正被发现系统地增加阻尼率，假设散射长度保持大于磁波动的相干长度。这种校正的相关性进行了讨论，在更广泛的天体物理学的角度来看，特别是关于物理学的外部相对论性冲击波的伽马射线暴。
2014-10-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Solving non-linear equations of longitudinal and transverse electron waves in collisionless Maxwellian plasma
本文考虑了无碰撞麦克斯韦等离子体中纵波和横波的非线性方程的解在场E（x，t）和电子速度分布函数f=f（0）+f（1）的非阻尼泛音级数中的展开，其中f（0）是背景麦克斯韦电子分布函数，f（1）是微扰。电场和扰动f（1）被表示为一系列非阻尼谐波，其频率以n阶递增，且传播速度相同。它显示了出现泛音的经常性关系的存在。级数的收敛性由幂律参数级数的收敛性提供。还提出了在动力学方程变得不适用的奇点附近将分布函数f（1）截断到f为正的条件的连续过程。在这种情况下，在极点的情况下，解决方案减少到非阻尼Vlasov波（振荡）。在横波情况下，色散方程有两个根，分别对应快电磁波和慢电子波的分支。注意到实验测试出现异国情调的结果与检测频率和振幅的n阶泛音的可能性。
2014-11-12 physics.plasm-ph
Temperature gradient driven heat flux closure in fluid simulations of collisionless reconnection
最近的努力，包括动力学效应的流体模拟等离子体已经非常有前途。关于无碰撞的磁重联，以前已经发现，在某些情况下，将压力张量阻尼到各向同性会导致与动力学运行的良好一致性。在Wang等人的一项研究（Phys. Plasmas，第22卷，2015年，012108）中，通过Hammett和Perkins的早期工作（PRL，第64卷，1990年，3019年）获得了重连中动力学效应的准确表示。在这里，他们的方法进行了分析的基础上的热通量数据从弗拉索夫模拟。因此，我们提出了一个新的局部封闭，其中热通量是由温度梯度驱动的。这样，实现了在无碰撞状态下的朗道阻尼的更现实的近似。以前的问题得到解决，并在不同的重连设置与动力学模拟的协议显着改善。据作者所知，新的流体模型是第一个在模拟大型磁岛合并方面表现良好的模型。
2018-01-23 physics.plasm-ph
Generation and Evolution of High-Mach Number, Laser-Driven Magnetized Collisionless Shocks in the Laboratory
激波的作用是将进入的超音速流转化为热量，在无碰撞等离子体中，激波层通过集体电磁效应在动力学等离子体尺度上形成。在许多空间和天体物理系统中都观察到了这些无碰撞冲击[Smith 1975，Smith 1980，Burlaga 2008，Sulaiman 2015]，并被认为将粒子（包括宇宙射线）加速到极高的能量[Kazanas 1986，Loeb 2000，Bamba 2003，Masters 2013，Ackermann 2013]。特别重要的是高马赫数、超临界激波类[Balogh 2013]（$M_A\gtrsim4$），其必须将大量的粒子反射回上游以适应熵产生，并且在这样做的过程中播种了提出的粒子加速机制[Blandford 1978，McClements 2001，Caprioli 2014，Matsumoto 2015]。在这里，我们提出了第一个实验室一代的高马赫数磁化无碰撞冲击，通过相互作用的扩展激光驱动的等离子体与周围的磁化等离子体。等离子体密度和磁场的时间分辨二维成像显示了在磁声马赫数$M_{ms}\approx12$下传播的超临界激波的形成和演化。由实验数据约束的Particle-in-Cell模拟详细地显示了激波的形成、C $^{+6}$和H $^{+1}$离子在多物种环境等离子体中的单独反射动力学以及激波层中的密度和磁场压缩和过冲。该实验平台的开发补充了目前的遥感…
2016-10-20 physics.plasm-ph
Critical comparison of collisionless fluid models: Nonlinear simulations of parallel firehose instability
比较了两种不同的无碰撞等离子体流体模型。一种是基于经典的Chew-Goldberger-Low（CGL）模型，该模型包括有限的Larmor半径（FLR）校正和纵向模式的Landau封闭。另一种模型考虑了朗道共振和回旋共振的影响，称为回旋共振闭合模型（CRC）。虽然CGL模型更好地描述了平行消防水龙带不稳定性的线性特性，但由回旋共振驱动的电磁离子回旋不稳定性仅由CRC模型再现。并讨论了两种模型对并联水龙带失稳的非线性模拟结果。虽然线性和准线性各向同性阶段是一致的理论在这两个模型中，长期的行为可能有很大的不同。由CRC模型得到的最终状态可以用边际稳定条件来合理地理解。相比之下，CGL模型中缺乏回旋阻尼，使得用简单的物理参数预测长期行为变得相当困难。这表明，将无碰撞阻尼的纵向和横向模式是至关重要的非线性流体模拟模型的无碰撞等离子体。
2021-12-24 physics.plasm-ph
A New Look at the Landau's Theory of Spreading and Damping of Waves in Collisionless Plasmas
麦克斯韦等离子体中的等离子体波和朗道阻尼理论，朗道的"绕极规则“包括可疑的陈述，特别是与色散方程的人工"构造”有关的陈述，这应该允许它的解的可能性，否则根本不存在，以及在一维拉普拉斯变换中相应的非常具体的破裂函数的分析延拓的可能性，朗道所使用的，他的理论的基础是什么。我们代表，作为一个可访问的变体，一个更一般的替代理论的基础上，一个二维拉普拉斯变换，导致在时间和空间的解作为一个复杂的叠加耦合阻尼和{ \em非阻尼\/}平面波和振荡与不同的色散规律为每个组成模式的渐近。这一理论自然而简单地解释了等离子体回波现象的悖论。我们提出了一个新的思想等离子体波（电子和离子声波）的讨论定性不同于传统的朗道阻尼理论的非碰撞以及低碰撞等离子体。
1995-11-11 physics.plasm-ph plasm-ph
Current Sheets and Collisionless Damping in Kinetic Plasma Turbulence
我们提出了第一个研究的形成和耗散的电流片在电子尺度上的波驱动，弱碰撞，三维动力学湍流模拟。我们调查的相对重要性耗散与无碰撞阻尼通过共振波-粒子相互作用与耗散在小尺度电流片在弱碰撞等离子体湍流。电流片形成自洽从波驱动的湍流，其填充分数是很好的相关电子加热速率。然而，模拟的弱碰撞性质必然意味着电流片不会通过欧姆耗散显著耗散。相反，通过与电子的朗道共振的无碰撞阻尼足以解释作为模拟中尺度的函数的测量的加热，而不需要显著的欧姆耗散。这一发现表明，电流片的耗散是由共振波-粒子相互作用和电流片的位置在空间上对应于增强加热的区域的可能性。
2013-06-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On annihilation of the relativistic electron vortex pair in collisionless plasmas
与流体动力学涡旋相反，等离子体中的涡旋包含围绕涡旋中心循环的电流，其在内部产生局部化的磁场。利用计算机模拟，我们表明，与涡旋相关的磁场引起的机制的涡旋对在无碰撞等离子体中的耗散，导致快速湮灭的磁场与它的能量转化为快电子，二次涡旋，等离子体波的能量。双涡旋系统能量衰减的两个主要贡献者，即磁场湮灭和二次涡旋形成，由涡旋相对于电子趋肤深度的大小来调节，电子趋肤深度与电子γ因子$γ_e$成比例，即$R/d_e \propto γ_e^{1/2}$。磁场湮灭在弱相对论性涡旋中占主导地位，而在超相对论性涡旋中，二次涡旋的形成是初始双涡系统阻尼的主要途径.
2018-08-04 physics.plasm-ph
PIC simulations of stable surface waves on a subcritical fast magnetosonic shock front
本文通过二维PIC模拟考察亚临界快磁声激波，发现密度层扰动后前沿形成低杂驻波并随盒长呈现不同阻尼，还可能产生哨声波。
2023-07-14 physics.plasm-ph
Measuring Collisionless Damping in Heliospheric Plasmas using Field-Particle Correlations
提出了一种创新的场-粒子关联技术，该技术使用电磁场和粒子速度分布函数的单点测量来研究与弱碰撞等离子体（如太阳风）中湍流波动的无碰撞阻尼相关的能量从场到粒子的净转移。除了提供场和粒子之间能量转移的局部速率的直接估计之外，它还提供了关于能量转移在速度空间中的分布的重要新信息。这种速度-空间特征可用于确定太阳风中湍流波动衰减的主要无碰撞机制。这种新的场粒子相关技术的应用说明使用简化的情况下，朗缪尔波的朗道阻尼在静电1D-1V伏拉索夫-泊松等离子体，显示该程序既估计本地的能量转移率从静电场的电子，并表明这种相互作用的共振性质。修改的技术，使单点航天器测量的领域和粒子诊断的湍流波动的太阳风碰撞阻尼进行了讨论，产生一种方法，有可能改变我们的能力，最大限度地提高科学回报，从当前和即将到来的航天器任务，如磁层多尺度（MMS）和太阳探测器加任务。
2016-07-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Interplay between intermittency and dissipation in collisionless plasma turbulence
我们通过两种机制研究了无碰撞Alfvénic湍流的阻尼：随机加热（其效率取决于局部湍流振幅$δz_λ$）和线性Landau阻尼（其效率与$δz_λ$无关），详细描述了它们如何影响和受非线性影响。线性朗道阻尼的整体效率不受临界平衡湍流中的不稳定性的影响，而随机加热是更有效的间歇性湍流的存在下。此外，随机加热导致下降的尺度依赖的峰度在一个狭窄的范围内的尺度周围的离子陀螺仪。
2019-04-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Landau damping and the long-time collisionless limit of the Vlasov-Poisson-Landau Equation
本文研究小碰撞频率下弗拉索夫-泊松-朗道方程的朗道阻尼与无碰撞极限，提出新方法证明解的一致收敛性，推广相关结果并提供近物理侧证明。
2025-08-24 math.AP physics.plasm-ph
Envelope equation for the linear and nonlinear propagation of an electron plasma wave, including the effects of Landau damping, trapping, plasma inhomogeneity, and the change in the state of wave
本文研究了非均匀、非平稳、各向异性甚至弱磁化的无碰撞等离子体中电子波的线性和非线性三维传播。波的振幅，连同任何流体动力学量表征等离子体（密度，温度，.）应该在一个波长或一个波周期内变化很小。因此，假设几何光学极限，并且波传播由一阶微分方程描述。这个方程明确地解释了三维效应、等离子体不均匀性、朗道阻尼、无碰撞耗散和由于俘获引起的电子加速。它是由混合的结果得到的直接决议的Vlasov-泊松系统，并从变分形式主义涉及非局部拉格朗日密度。在一维情况下，波动方程的系数预测突变。它们发生在电子等离子体波的状态发生变化时，从线性波到捕获电子的波。在三维几何中，过渡更平滑，特别是关于非线性朗道阻尼率，为它提供了一个非常简单有效和准确的解析表达式。
2016-09-13 physics.plasm-ph
Fluidization of collisionless plasma turbulence
在无碰撞的磁化等离子体中，粒子可以沿着磁场线自由流动，导致其分布函数的相位“混合”，从而消除任何“压缩”波动（密度，压力等）。这种快速混合是静态等离子体中这些波动的朗道阻尼的基础，这是使等离子体不同于常规流体的最基本的物理现象之一。然而，在有利于强朗道阻尼的条件下，在湍流天体物理等离子体中（最生动的是在太阳风中）观察到了广泛的幂律谱压缩波动。在自然界的其他地方，这种光谱通常与流体湍流有关，其中能量不能在惯性尺度范围内耗散，因此从大尺度级联到小尺度。通过直接的数值模拟和理论论证，它表明在这里，湍流的压缩波动在无碰撞等离子体强烈类似于一个在碰撞流体，并有广泛的幂律谱。这种“流化”的碰撞等离子体的发生，因为相混合强烈抑制平均由“随机回波”，产生由于非线性平流的颗粒分布的湍流运动。除了解决长期以来观测到的太阳风中的压缩波动的难题，我们的研究结果提出了一个概念上的转变，为理解动力学等离子体湍流一般：而不是作为一个系统，朗道阻尼发挥耗散的作用，碰撞无等离子体是有效的dissipationless除了在非常小的尺度。“流体”湍流物理学的普遍性，从而重申，即使是一个动态的，无碰撞的系统。
2018-08-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Eigenvalues and Eigenfunctions of Landau Damping Oscillations in Very Weakly Collisional Plasma
本文解析推导了极弱碰撞等离子体中朗道阻尼振荡的本征值修正和本征函数形状，揭示了共振区振荡随碰撞频率趋于零而增强，并通过高精度数值计算验证了结果。
2025-06-19 physics.plasm-ph
An introductory guide to fluid models with anisotropic temperatures Part 2 -- Kinetic theory, Padé approximants and Landau fluid closures
在无碰撞流体模型指南的第2部分中，我们集中讨论朗道流体闭包。这些封闭是由哈米特和帕金斯开创的，并允许将无碰撞的朗道阻尼严格纳入流体框架。朗道阻尼是传统流体模型和无碰撞动力学理论的鲜明区别，也是通常流体模型不能收敛到动力学描述的主要原因，即使在长波低频极限下也是如此。我们首先简要介绍动力学理论，在那里我们详细讨论了等离子体色散函数$Z(ζ)$，和相关的等离子体响应函数$R(ζ)=1+ζZ(ζ)=-Z'(ζ)/2$。然后，我们考虑一个1D（静电）的几何形状，并作出重大努力，映射所有可能的朗道流体封闭，可以在四阶矩水平。这些封闭的平行时刻具有普遍的有效性，从最大的天体物理尺度下降到德拜长度，我们验证了它们的有效性，考虑的例子（质子和电子）朗道阻尼的离子声学模式，和电子朗道阻尼的朗缪尔模式。我们继续考虑高阶矩比四阶矩更高阶的一维闭包，正如第1部分所得出的结论，如果没有朗道流体闭包，这是不可能的。我们表明，它是可以重现线性朗道阻尼流体框架中的任何所需的精度，从而显示收敛的流体和无碰撞动力学的描述。然后，我们考虑一个3D（电磁）的几何结构中的gyrotropic（长波长低频率）的限制和地图的所有封闭，可在四阶矩水平。在附录A中，我们提供了$R(ζ)$直到8阶极点的Padé逼近的综合表，其中许多以解析形式给出。
2019-11-08 physics.plasm-ph
Kinetic Simulation of Slow Magnetosonic Waves and Quasi-periodic Upflows in the Solar Corona
在日冕中经常观察到发射线参数的准周期扰动。这些扰动沿着磁场以速度$\sim100~\rm{km~s}^{-1}$向上传播。这种现象被解释为慢磁声波传播的证据，或者被认为是叠加在背景等离子体上的间歇性流出的特征。在这里，我们的目标是提出一个新的“波+流”模型来解释这些观察。在我们的方案中，振荡运动是一个慢模式波，和流动是与由于朗道共振的波粒相互作用所产生的光束。利用Vlasov模型模拟了慢模波的传播和束流的产生。我们发现，由于日冕中的朗道共振，可以产生微弱的周期性束流，并且最强的蓝移相位比最强的蓝移相位超前约1/4周期。我们还发现在两个波周期的渡越时间之后，由于朗道阻尼和库仑碰撞的影响，慢波的阻尼达到了1/e的水平。这种阻尼时间尺度类似于磁流体力学制度中的热传导。由于库仑碰撞对波的作用越来越占主导地位，束流随着波周期的增加和波幅的减小而减弱/衰减。我们认为，这种“波+流”的动力学模型提供了一个替代的解释所观察到的准周期传播的各种参数的太阳日冕扰动。
2016-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear Theory of Electron-Plasma Waves at Arbitrary Collisionality
在考虑完全库仑碰撞算符的情况下，描述了任意碰撞度下电子-等离子体波的动力学。该描述是基于厄米-拉盖尔分解的电子分布函数的速度依赖性。阻尼率，频率和本征模谱的电子等离子体波被发现作为碰撞频率和波长的函数。比较了无碰撞朗道阻尼极限、Lenard-Bernstein碰撞算子和Doughnard碰撞算子以及电子-离子碰撞算子，发现阻尼率和本征模谱存在较大偏差.一个纯粹的阻尼熵模式，等离子体的俯仰角散射效应是占主导地位的无碰撞效应的特点，示出出现数值，其色散关系解析推导。结果表明，这样的模式是不存在的，当使用简化的碰撞算子，和类似的粒子碰撞强烈影响的熵模式的阻尼率。
2019-03-05 physics.plasm-ph
Landau damping of Gardner solitons in a dusty bi-ion plasma
研究了非磁化尘埃等离子体中线性朗道阻尼对尘埃声孤立波非线性传播的影响。极大量的，微米抓住，冷和带负电荷的尘埃粒子由流体方程描述，而两种正离子，即冷（重）和热（轻）离子由动力学弗拉索夫方程描述。根据Ott和Sudan [Phys. Fluids { \bf 12}，2388（1969）]，并通过考虑低阶和高阶扰动，具有Landau阻尼的DASW的演化被示出由Korteweg-de Vries（KdV）、修改的KdV（mKdV）或Gardner（KdV-mKdV）类方程控制。研究了不同冷热离子温度比$(σ)$、数密度比$(μ)$和冷热离子质量比$m$时，DASW的相速度和朗道阻尼率的特性.研究了在不同的参数范围内，具有小朗道阻尼效应的KdV、mKdV和Gardner孤子振幅衰减率的不同特征。结果表明，Gardner孤子指向比KdV和mKdV孤子更低的振幅。这些结果可能有助于理解实验室和空间等离子体（例如，土星的F环），其中自由电子的数量密度远小于离子的数量密度，并且重的、微米级的被捕获的尘埃颗粒是高度带电的。
2015-07-16 physics.plasm-ph
Turbulent heating in collisionless low-beta plasmas: imbalance, Landau damping, and electron-ion energy partition
该研究通过低β回旋动力学约化模型的理论与模拟，揭示了等离子体β值和不平衡性通过螺旋度势垒调控无碰撞湍流加热的两种区域，构建了电子-离子加热比公式，发现低β下加热主导方会随涨落性质突变。
2025-09-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Collisionless damping of the gravitational instability in fuzzy dark matter: spectral shape and quantum-to-thermal crossover
Institute for Advanced Academic Research, Chiba University（千叶大学先进学术研究学院）；Center for Computational Sciences, University of Tsukuba（筑波大学计算科学中心）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）
在模糊暗物质宇宙背景下，从维格纳输运方程出发，用朗道方法推导动力学色散关系，通过量子与热的无量纲比α揭示频谱形状转变及量子到热的交叉，为约束参数和研究星系结构相变提供理论基础。
2026-07-07 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Asymptotic state of nonlinear Landau damping in one-dimensional plasma
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Technology, International Joint Research Laboratory of Magnetic Confinement Fusion and Plasma Physics, School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学电气与电子工程学院，先进电磁技术国家重点实验室，磁约束聚变与等离子体物理国际联合研究中心）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Alaska Fairbanks（阿拉斯加大学费尔班克斯分校）
本文通过准线性模型和辛积分器研究一维等离子体中非线性兰道阻尼的渐近状态，发现其表现为多波BGK结构，具有相空间中的多个涡旋特征。
2025-12-19 physics.plasm-ph
Continuum damping of topologically-protected edge modes at the boundary of a magnetized plasma
本文研究了磁化等离子体中拓扑保护表面等离子体波在电子回旋频率以上通过与共振模式连续谱耦合产生的无碰撞阻尼，发现阻尼波仍保持单向性和抗背散射鲁棒性，且阻尼与无阻尼区域边界处可实现无反射折射。
2024-09-15 physics.plasm-ph
Compressible Turbulence as a Source of Particle Beams and Ion Bernstein Waves in Collisionless Plasmas
Universität Potsdam（波茨坦大学）；Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY)（德国电子同步辐射中心）
通过高分辨率粒子云模拟，研究可压缩湍流如何通过渡越时间阻尼产生超热电子和质子束，并在亚离子尺度激发离子伯恩斯坦波，揭示其在无碰撞等离子体湍流中驱动跨尺度能量传输和动能耗散的核心作用。
2026-05-22 physics.plasm-ph
Phase transition in the collisionless regime for wave-particle interaction
本文导出了自洽耦合一个波到N个粒子的哈密顿系统的吉布斯统计力学。这表明朗道阻尼具有发生二阶相变的状态。对于非平衡初始数据与温暖的粒子，一个临界初始波强度被发现：在它之上，热力学预测在无限N的极限中的有限波振幅;在它之下，平衡振幅消失。模拟支持这些预测提供了新的见解的长期非线性命运的波由于朗道阻尼等离子体。
2000-12-21 cond-mat.stat-mech math.DS nlin.PS
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
A Landau fluid model for warm collisionless plasmas
本文提出了一个适用于无碰撞电子-质子磁化等离子体的朗道流体模型，它精确地再现了所有磁流体力学波的色散关系和朗道阻尼率。它是基于线性动力学理论，通过在四阶矩水平上精确闭合流体动力学层次来获得的。它保留了非回旋修正的压力和热通量张量的第二阶之间的比率所考虑的频率和离子回旋频率。
2005-09-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Dissipative Nonlinear Alfven Waves: Nonlinear Steepening, Compressible Turbulence, and Particle Trapping
可压缩等离子体中非线性Alfven波的磁能可能只与离子声准模有质动力耦合，这些准模调制波的相速度并引起波前变陡。在含有$β\not=0$的无碰撞等离子体中，非线性Alfven波的动力学也受到共振粒子-波相互作用的影响。在相对快速的演化（与粒子反弹时间相比）后，准驻波结构，与所谓的（Alfvenic）旋转不连续性相同，形成，其出现和动力学以前尚未被理解。非线性阿尔芬波的无碰撞（朗道）耗散也是太阳风加热的一种合理而自然的机制。将强的可压缩Alfvenic湍流看作是随机相互作用的Alfvenic间断和非线性波的集合，结果表明存在两个不同的湍流相。什么样的相位实现取决于这种无碰撞阻尼是否足够强，以在所有尺度上提供足够的能量汇，从而支持波能的稳态级联。然而，在长时间渐近中，粒子分布函数受波磁场的影响。在这个制度的非线性朗道阻尼，共振粒子被困在准静态Alfvenic不连续性，从而导致形成一个平台上的分布函数和淬火无碰撞阻尼。使用维里定理被困粒子，它分析表明，它们对非线性动力学的这种不连续性的影响是不平凡的，并迫使显着偏离传统的范式的理论。
1999-01-19 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamo in weakly collisional nonmagnetized plasmas impeded by Landau damping of magnetic fields
我们对已知在磁流体力学（MHD）中产生发电机的流动进行了完全动力学模拟，考虑了与星系团尺度波动发电机相关的低雷诺数和高磁普兰特数的情况。我们发现，朗道阻尼的电子导致快速衰减的磁扰动，阻碍发电机。这种无碰撞阻尼过程在电子未磁化的空间尺度上起作用，从而减小了高磁普朗特数波动发电机中磁场增长的尺度范围。当电子没有被磁化到电阻标度时，磁能谱预计将受到磁朗道阻尼对应的标度的限制，或者如果更小，则受到电子回旋半径标度的限制，而不是电阻标度。因此，在模拟中，我们观察到衰减的磁场，电阻磁流体力学预测发电机。
2020-06-26 physics.plasm-ph
Non-linear equations for electron waves in Maxwellian low-collision ion-electron plasmas
本文将上述计算电子波在均匀各向同性半无限大麦克斯韦等离子体平板中传播的一般原理和方法，在特征方程中取主值积分，并利用二维拉普拉斯变换法，计算了平面电子纵、横波的碰撞阻尼衰减。当波的频率从上述值趋于电子朗缪尔频率时，阻尼衰减趋于无穷大。我们认为经常性关系的振幅的泛音形式在其总和的所有解决方案的等离子体波的非线性方程，包括碰撞阻尼和二次（非线性）条款。只有在非麦克斯韦等离子体中，才有可能在频率大于朗缪尔频率的情况下实现无碰撞阻尼。
2008-03-30 physics.plasm-ph
Planar Collisionless Shock Simulations with Semi-Implicit Particle-in-Cell Model FLEKS
本研究验证了半隐式PIC代码FLEKS用于日球层激波模拟的可行性，明确二维空间模拟的必要性及参数影响，为相关大规模等离子体模拟提供指导。
2025-10-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave-Energy Partition Governs Weak Collisional Damping in Cold Plasmas
School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学核科学技术学院）；Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部）
本文发现冷等离子体中弱碰撞阻尼由波能分配决定，阻尼率等于碰撞频率乘以等离子体运动储存的波能比例，解释了不同分支阻尼差异的物理起源。
2026-10-01 physics.plasm-ph
Ion energy balance during fast wave heating in TORE SUPRA
在TORE SUPRA装置上研究了快磁声波与电子的直接耦合。初步实验致力于优化快波电子加热（FWEH）和电流驱动（FWCD）的方案。在第一部分中，热动能和抗磁能量进行了比较时，快波施加到两个不同的制度：1/少数氢加热的情况下（ICRH），2/直接电子阻尼等离子体。离子共振层，边际存在于等离子体中的后政权（FWEH）的影响，然后提出和讨论。
2004-02-13 physics.plasm-ph
Small-amplitude Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence Modulated by Collisionless Damping in Earth's Magnetosheath: Observation Matches Theory
本研究利用Cluster卫星数据首次观测证实无碰撞阻尼调制地球磁鞘中小振幅可压缩MHD湍流，分解三种模式并揭示其对各向异性的影响，观测与理论相符。
2024-02-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Linear wave action decay entailed by Landau damping in inhomogeneous, nonstationary and anisotropic plasma
本文研究了电子波在无碰撞、非均匀、非平稳、各向异性等离子体中的线性传播。等离子体的特征在于它的分布函数，$f_H$，在零级波振幅。这个分布函数可以任意选择，只要它能解弗拉索夫方程，所有的流体力学量都是从这个分布函数导出的。然后，从线性化的电子运动方程和高斯定律，推导出波振幅的包络方程，假定其随时间和空间尺度的演化比波的振荡周期大得多。包络方程可以被转换成一个方程的波的作用，从惠瑟姆的变分原理，证明了行动衰减由于朗道阻尼。此外，在波数和频率变化的一阶朗道阻尼率推导。作为简要讨论，本文概括了许多以前的作品在这个问题上，提供了一个理论基础的启发式参数有关的行动衰减，也解决了传播的外部驱动波。
2015-01-19 physics.plasm-ph
Normal-mode-based analysis of electron plasma waves with second-order Hermitian formalism
经典问题的动态演化的朗缪尔电子波在碰撞等离子体和他们的朗道阻尼被铸造为二阶，自伴问题的连续谱的实和正平方频率。得到了相应的奇异简正模的完备基及其正交关系。这就很容易地得到任何初值问题的时反不变量解的一般表达式。一个例子是给定的一个特定的初始条件，说明了朗道阻尼的宏观时刻的扰动。
2017-12-27 physics.plasm-ph
A Quasi-Linear Diffusion Model for Resonant Wave-Particle Instability in Homogeneous Plasma
本文建立了一个描述准中性等离子体中广义波粒不稳定性的模型。我们分析了准线性扩散方程的粒子表示为高斯波包的任意不稳定和共振波模式，允许相对于背景磁场的任意方向的传播。我们发现，本地化的能量密度的高斯波包决定的速度空间范围内，占主导地位的波粒不稳定性和抵消阻尼的贡献是有效的。此外，我们推导出一个关系描述的扩散轨迹的共振粒子在速度空间的作用下，这样的波粒不稳定性和阻尼之间的相互作用。对于我们的理论模型的数值计算，我们开发了一种基于Crank-Nicolson格式的数学方法来求解完全准线性扩散方程。我们的数值分析解决了主导波粒不稳定性和抵消阻尼的作用下的速度分布函数的时间演化，并与我们的理论描述显示出良好的一致性。作为一个应用，我们使用我们的模型来研究斜快磁声/哨声不稳定性，这是作为一种散射机制的strahl电子在太阳风提出的。此外，我们还数值求解了Fokker-Planck方程，计算了在斜快磁声/哨声不稳定性的无碰撞作用下，在与芯部电子和质子的库仑碰撞作用下，电子-散射分布函数的时间演化.
2020-10-21 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fully kinetic versus reduced-kinetic modelling of collisionless plasma turbulence
我们报告的结果之间的直接比较不同的动力学模型的无碰撞等离子体湍流在两个空间维度。考虑的模型包括第一原理全动力学（FK）的描述，两个广泛使用的简化模型[gyrokinetic（GK）和混合动力学（HK）与流体电子]，和一种新的简化gyrokinetic方法（KREHM）。考虑两种不同的离子β（$β_i$）制度：0.1和0.5。对于$β_i=0.5$，GK和FK模型之间的良好协议被发现在尺度范围从离子到电子回旋半径，从而提供了有力的证据动力学Alfvén级联的情况。在相同的范围内，HK模型产生较浅的光谱斜率，大概是由于缺乏电子朗道阻尼。对于$β_i=0.1$，对谱比的详细分析揭示了GK和FK在动力学尺度上的描述略有不同，尽管动力学阿尔文涨落可能仍然起着重要作用。这种差异可以追溯到离子回旋半径以上的尺度，FK和HK的结果似乎表明在两个等离子体β制度中存在快磁声和离子伯恩斯坦模式，但在低β情况下与GK有更显著的偏差。确定的实际限制和强度的简化动力学近似，在这里与全动力学模型的情况下，在个案的基础上进行比较，可能会提供有价值的洞察力在发挥作用的主要动力学效应在湍流碰撞等离子体，如太阳风。
2017-09-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Enhanced collisionless laser absorption in strongly magnetized plasmas
强磁化的等离子体增加了一系列在非磁化等离子体中不存在的波，并扩大了激光等离子体相互作用（LPI）的景观。在本文中，我们使用粒子模拟（PIC）来研究磁惯性聚变实验相关条件下一维强磁化LPI，重点关注电子-回旋频率大于等离子体频率且磁场相对于波矢量呈斜角的情况。我们表明，当电子回旋混合波频率约为激光频率的一半，激光共振衰减磁化等离子体波通过初级和次级不稳定性与大的增长率。这些不同的磁场控制的不稳定性，我们统称为双磁振子衰变，类似于非磁化等离子体中的双等离子体子衰变。由于额外的相位混合机制引入的倾斜磁场，大振幅磁化波的无碰撞阻尼基本上加宽了电子分布函数，特别是沿磁场的方向。在这个过程中，能量从激光器有效地转移到等离子体波，然后转移到电子，当存在强共振时，导致大的总吸收率。增强的激光能量吸收可以解释磁化激光内爆实验中观察到的比预期更热的温度，也可以用来开发更有效的激光驱动x射线源。
2022-09-12 physics.plasm-ph
Trapping oscillations, discrete particle effects and kinetic theory of collisionless plasma
研究了有限个$N$粒子对无碰撞等离子体中单色静电扰动演化的影响。对于单个波的增长和阻尼，离散粒子数值模拟显示了一个$N$依赖的长时间行为，它不同于由Vlasovian方法引起的数值误差，并且遵循单个粒子的脉动分界线交叉动力学。
2001-03-09 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.comp-ph
Collisionsless amplifying of longitudinal electron waves in two-stream plasma
为了更好地理解无碰撞阻尼/增长等离子体波的主要特征，我们用速度为v（1）和v（2）的两股流的δ函数型电子速度分布函数，对两股流等离子体中电子波的最简单情况进行了示范计算。传统的色散方程被简化为一个代数四阶方程，并给出了等流密度下的数值解。在均匀半无限板的情况下，人们发现两个主要类型的解决方案：无阻尼向前波和向前复共轭指数阻尼和增长波。除此之外，在这种情况下，没有必要计算任何数学发散的不定积分。波放大的可能性在实际应用中可能是有用的。
2007-08-06 physics.plasm-ph
Damping of radial electric field fluctuations in the TJ-II stellarator
漂移动力学方程求解低密度TJ-II等离子体采用缓慢变化，随时间变化的配置文件。这允许模拟密度斜升实验，并从第一原理描述的径向电场剪切，这是相关的电子到离子根的过渡的形成和物理。我们表明，在实验中观察到的纬向流的等离子体势波动的频率范围是新古典无阻尼的过渡附近。这使得电子根政权的仿星器，接近过渡到离子根，一个有利的制度，为研究带状流的演变。我们提出了模拟无碰撞松弛的纬向流，在这个意义上的Rosenbluth和Hinton测试，表明振荡行为的定性协议的实验接近过渡。
2017-03-28 physics.plasm-ph
Some notes on ideology of waves in plasmas
我们的最后三篇论文提供了一个机会，使一些简短的说明意识形态的波在等离子体和恢复弗拉索夫处方计算相关的数学发散积分的主值意义。在这种方法中，等离子体振荡的渐近解是根据自洽的边界物理条件选择的。根据定义，在这种情况下不存在朗道阻尼。边界电场连同不存在非物理向后波和运动学波的条件一起定义了边界分布函数在横波的情况下对电子速度\vec{v}的单值依赖性和在纵向振荡的情况下对正常电场的表面破裂的单值依赖性。本文提出了物理上更合理的碰撞阻尼计算的修正迭代方法，并给出了低碰撞电子-离子等离子体中阻尼衰减的计算结果。纵向和横向高频波的色散拖尾效应（其拖尾衰减量δ x与Δω/（ω \sqrt{ω^2-ω_L^2}）成正比）可能是无碰撞等离子体中类朗道阻尼波振幅阻尼的主要原因。
2004-08-30 physics.plasm-ph
Effects of Landau damping on ion-acoustic solitary waves in a semiclassical plasma
本文研究了在弱量子（半经典）区，考虑电子和离子朗道阻尼效应的非磁化无碰撞等离子体中离子声波的非线性传播，当典型的离子声学（IA）长度尺度大于热德布罗意波长时。从离子和电子的经典和半经典Vlasov方程出发，结合Poisson方程，推导出一个修正的（通过粒子色散）Korteweg-de Vries（KdV）方程，该方程描述了具有波粒共振效应的IAWs的演化.结果表明，与经典结果不同的是，由于量子粒子的色散效应，非线性IAW速度$(λ)$和线性Landau阻尼率$(γ)$不再是常数，而是随波数$(k)$变化.研究了量子参数$H$（等离子体激元能量与热能之比）和电子与离子温度比$(T)$对$λ$、$γ$和孤波振幅的影响。结果表明，$H$的作用降低了波振幅的衰减速率。
2017-05-02 physics.plasm-ph
