电子回旋漂移不稳定性与反常输运：双流体矩理论与建模

在强电场垂直于磁场的情况下，电子的跨场（E$\times$B）流动相对于未磁化离子可因离子声模与电子回旋谐波的共振而引起电子回旋漂移不稳定性（ECDI）。这发生在空间的无碰撞激波斜坡中，以及诸如霍尔推力器等 $\rm{E \times B}$ 放电装置中。ECDI 可诱导平行于背景 E 场的电子流，其速度大大超出经典碰撞理论的预测。此类反常输运可能导致空间激波处的粒子热化，并可能引起朝向 E$\times$B 装置壁面的不利等离子体流。ECDI 和反常输运的发展常被视为完全动力学过程。然而，本工作中我们证明该不稳定性的一个简化变体，且更重要的是相关的反常输运，可在无碰撞的双流体框架中自洽处理。通过平等对待电子与离子，自由能使平行于背景 E 场的反常电子流得以增长。我们首先给出双流体 5 矩和 10 矩模型中该不稳定性的线性分析，并与完全动力学理论比较。在较低温度下，双流体增长最快模与动力学结果吻合良好。此外，通过包含更多（$>=10$）矩，可恢复次级（以及可能更高阶）不稳定分支。还探讨了不稳定性对各种参数的依赖。随后我们使用 5 矩模型对跨场设置进行直接数值模拟，确认了不稳定性的增长与反常输运。最后，在低温区使用相同参数进行 5 矩与 Vlasov 模拟，显示出合理一致。