实验室尺度对撞等离子体中与电磁湍流相关的离子动力学与中子产生

对撞等离子体中的电磁湍流与离子动力学在实验室天体物理学中具有重要意义，例如湍流场放大与粒子加速。在此，我们利用最近开发的高阶隐式粒子模拟方法，在不使用标度变换的情况下，首次定量展示了在可实现的实验室条件下（毫米尺度相互穿透等离子体，初始速度为 $2000\ \mathrm{km/s}$，密度为 $4 \times 10^{19}\ \mathrm{cm}^{-3}$，温度为 $100\ \mathrm{eV}$）电磁湍流如何影响离子动力学。研究发现，电磁湍流由离子双流不稳定性与成丝不稳定性驱动。对于施加数十特斯拉磁场且磁场垂直于等离子体流的磁化情形，不稳定性的增长率随施加磁场的增强而增加，从而显著增强湍流场。在电磁湍流引起的随机加速与碰撞热化的竞争下，离子分布函数呈现出明显的超高斯形态，且离子动力学体现在中子产额与能谱中。我们的结果很好地解释了近期未磁化的实验观测，且磁化情形的发现可由当前的天体物理实验验证。