流动等离子体中的外部电荷扰动与静电湍流

在本工作中，我们使用一维静电混合粒子模拟 - 蒙特卡洛碰撞（hybrid-PIC-MCC）代码来研究等离子体对移动外部带电扰动（碎片）的响应。我们表明，所谓的钉扎孤子仅在特定条件下，通过离子 - 离子对向流静电不稳定性（IICSI）的湍流机制形成。事实上，钉扎孤子是围绕碎片形成的离子相空间涡旋的表现。模拟显示，仅当碎片电荷密度超过某一特定值，导致对向流离子速度超过临界速度，从而将不稳定性推向湍流机制时，钉扎孤子才能形成。碎片速度对于钉扎孤子的出现也至关重要：当碎片速度增加时，会导致相空间涡旋变宽，形成分离良好的钉扎孤子；而当碎片速度降至零时，这些孤子会合并形成单个孤子。在相反极端情况下，当碎片速度变得高度超音速时，涡旋会加宽至极限，导致钉扎孤子完全消失。我们进一步展示了这种静电湍流存在类 Kolmogorov 能量级联标度律。