束流中和中三维静电孤立波与表面波的动力学建模
等离子体物理
2022-03-04 v1 计算物理
摘要
本研究利用粒子网格（Particle-in-Cell）模拟，探讨丝状发射电子中和离子束空间电荷所涉及的基本等离子体过程。尽管丝状中和成本低廉，先前的实验表明该过程中会激发多种波，限制了空间电荷中和。本文刻画了具有低耗散率的静电孤立波（ESWs）在二维平面束与三维圆柱束中的形成与运动，并观察到其产生可长时间存续的波，减缓了束流中和过程。进一步，通过一维 Bernstein-Greene-Kruskal（BGK）分析，我们发现束流电子的非麦克斯韦性质导致了大尺寸 ESWs 的产生，而假设电子可用麦克斯韦分布描述的理论并未预测到此类波。我们的 PIC 模拟具有足够高的灵敏度，能够分辨三维圆柱几何中的重要三维效应，这些效应由于中和初期存在的高能电子而激发 Trivelpiece-Gould 表面波。
引用
@article{arxiv.2203.01873,
title = {Kinetic modeling of three-dimensional electrostatic-solitary and surface waves in beam neutralization},
author = {Nakul Nuwal and Deborah A. Levin and Igor D. Kaganovich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.01873},
year = {2022}
}