载流相对论冷等离子体中的稳态 Bernstein-Greene-Kruskal 结构

在无碰撞极限下，解析研究了存在相对论电子电流束、离子不动的冷等离子体中形成的非线性稳态结构。这些是相对论 Bernstein-Greene-Kruskal (BGK) 波的冷等离子体版本。结构轮廓由最大静电场能量密度与电子束相对论动能密度之比支配，即 $\kappa_{R} = E_{m}/ (8 \pi n_{0} (\gamma_{0}-1)m_{0} c^{2})^{1/2}$，其中 $E_{m}$ 为与非线性结构相关的最大电场，$\gamma_{0}$ 为与束流速度相关的洛伦兹因子。发现在线极限，即 $\kappa_{R} \ll 1/\sqrt{\gamma_{0}}$ 下，流体变量（即密度、电场与速度）在空间上谐波变化。在 $0 < \kappa_{R} \leq 1/\sqrt{\gamma_{0}}$ 范围内，流体变量呈现非谐波行为。对于 $\kappa_{R} > 1/\sqrt{\gamma_{0}}$ 的值，电场在特定空间位置显示有限不连续性，表明在这些位置形成了带负电荷的平面。