论文精选 | 哪些因素影响尘埃等离子体的传输速度

发表在 Journal of Plasma Physics 的研究使用仿真和实验数据探讨了尘埃等离子体的传输特性。

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这项研究考察了带电粒子束在电阻性等离子体中的自聚焦情况。当等离子体加热较弱时，光束聚焦通过增加光束密度或速度而得到加强。然而，当等离子体加热较强时，光束聚焦只由光束速度决定。尤其是在弱加热条件下，光束有整体聚焦到中心的趋势；而在强加热条件下，预测会出现一个中心空洞的双峰结构。此外，研究发现，光束半径对聚焦距离有很大影响：光束半径越大，聚焦距离越长。仿真结果还表明，当光束半径足够大时，会出现光束的丝状化（filamentation）。研究结果为相关的束流等离子体实验和理论分析提供了参考，如重离子聚变和离子束驱动的高能量密度物理。

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研究人员采用全三维粒子模拟，研究了相对论电子束（REBs）在等离子体中的长距离稳定传输。理论分析表明，电子束的传输主要受三种横向不稳定性的影响，其中自调制不稳定性（self-modulation instability）的激发、丝状不稳定性（filamentation instability）和软管不稳定性（hosing instability）的抑制对于实现电子束的稳定传输非常重要。

通过调节电子密度比、相对论洛伦兹因子、波束包络和密度剖面等输运参数，具有平滑密度剖面和几个等离子体波段长度的相对论束可以抑制电子束-等离子体不稳定性，并以较小的能量损失在等离子体中进行长距离传播。

这些研究结果为研究相对论电子束的长距离稳定传输提供了参考，并将有助于新的粒子束诊断技术和空间主动实验的开展。

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在这项研究中，研究人员聚焦于带负电的尘埃对两极静电场的影响。从力平衡方程入手，并假设扩散平衡（diffusive equilibrium），研究人员得出了在有负电荷尘埃存在的情况下，磁场对齐的两极静电场的一般表达式（ᴱ∥ᵗᵒᵗ）。与无尘等离子体类似，ᴱ∥ᵗᵒᵗ 的一般式已被表达为压力梯度、重力、离心力、反射力（mirror force）和离子-电子阻力（ion–neutral drag force）的函数。除了这些“经典”因素之外，研究还表明 ᴱ∥ᵗᵒᵗ 也取决于离子-尘埃（ion–dust）和尘埃-电子阻力（ dust–neutral drag forces）。

转自：“剑桥学术”微信公众号

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