二维 Bernstein-Greene-Kruskal 模式的三维粒子-电场耦合仿真
等离子体物理
2024-10-23 v1 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
计算物理
空间物理
摘要
本文采用三维（3D）粒子-电场耦合（PIC）仿真研究受有限背景磁场制约下的二维 Bernstein-Greene-Kruskal（BGK）模式稳定性。仿真使用 Plasma Simulation Code（PSC）[Germaschewski 等，J. of Comp. Phys. 318, 305 (2016)] 完成，与我们最近使用 2D PIC 仿真 [McClung 等，Phys. Plasmas 31, 042302 (2024)] 类似，以观察 3D 效应是否及如何影响先前结果。我们发现，在 2D 仿真中稳定（不稳定）的解在新的 3D 仿真中仍然稳定（不稳定）。然而，不稳定性在 3D 中的发展速度慢于 2D，并形成沿轴向相位一致的不稳定螺旋波结构。我们还模拟了中心设有电子密度凸起（EDB）的情况，除本前研究中考虑的电子密度洞（EDH）情况外，发现两种情况下的不稳定螺旋波结构存在差异。此外，我们将仿真推广到增加电子热速度的情况，以及使用来自完整 Vlasov-Maxwell 方程组求解的初始条件。我们发现，这些推广并未改变仿真的总体行为，进化的不稳定性亦如此。
引用
@article{arxiv.2410.16585,
title = {Three-Dimensional Particle-In-Cell Simulations of Two-Dimensional Bernstein-Greene-Kruskal Modes},
author = {M. T. Franciscovich and J. McClung and K. Germaschewski and C. S. Ng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.16585},
year = {2024}
}
备注
Submitted to Physics of Plasmas