多维性与能量交换对静电电流驱动等离子体不稳定性和湍流的影响

大振幅电流驱动等离子体不稳定性（可转变为Buneman不稳定性）在一维模拟中被观察到会产生高能反向流离子。我们研究了多维等离子体不稳定性的饱和及其对高能离子形成的影响。此类离子直接影响航天器推进器寿命，并与磁重联和宇宙射线起源相关。采用基于网格的直接动力学方法的欧拉Vlasov-Poisson求解器，用于研究二维配置空间和二维速度空间中无碰撞静电电流驱动不稳定性的增长和饱和，支持离子和电子相空间输运。此类不稳定性中电势演化有四个阶段：线性模态增长、谐波增长、通过准线性机制加速增长伴随非线性填充，以及饱和湍流。其转变和各向同性化过程与流体动力学湍流的发展有相当大的相似性。虽然在等离子体波中观察到各向同性趋势，随后在几个离子声周期后电子和离子相空间也呈现各向同性，但二维配置空间和二维速度空间中高能反向流离子的形成比一维配置空间和一维速度空间模拟更有限。由二维静电动力学不稳定性形成的等离子体波可以在垂直于净电子漂移的方向上传播。因此，大振幅多维波产生高能横向流离子，并最终限制沿纵向的高能反向流离子。多维研究揭示了纵向和横向静电等离子体不稳定性之间的相互作用，以及无磁化等离子体湍流起始和维持的基本特征。