实验室磁化准垂直碰撞无冲击波中离子加速的准则：何时需要2D模拟？

通过观察和模拟，碰撞无冲击波及其在宇宙射电离子加速中的作用正在引起关注，这推动了使用高功率激光在实验室中重现这些条件的兴趣。本文检讨了在准垂直冲击波下离子加速中三维（3D）效应的作用。在实验室相关条件下，使用混合粒子-电场仿真（离子为动力学，电子为流体），我们探讨了阿尔法纳德数、声速马赫数以及等离子体β对离子能量化的影响，这些效应仅在3D中实现。我们建立了何时需要进行3D仿真的比例准则。我们的结果表明，有效的离子加速需要阿尔法纳德数≥25，声速马赫数≥13，等离子体β≤5。我们理论地发现，尽管2D仿真在当前实验室可达的冲击条件下足够，但当冲击速度超过1000 km/s且实验维持至少10纳秒时，3D效应变得至关重要。我们调查了以前的实验室碰撞无冲击波实验，发现3D效应在这些条件下不重要，这意味着1D和2D仿真应该足以对加速离子光谱进行建模。然而，我们发现相同的实验正式接近可访问3D效应相关条件，为未来的实验工作提供了令人振奋的前景。我们提出了修改过去实验配置的建议，以优化和控制离子加速上的3D效应。这些提议性实验可用于为等离子体天体物理动力学代码提供基准，或作为可控的能源粒子源使用。