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Phase Space Studies of Ion Energization in Laboratory Plasmas

实验室等离子体中离子能量的相空间研究

基本信息

批准号：
1902111
负责人：
EARL SCIME
金额：
$ 36万
依托单位：
West Virginia University Research Corporation
依托单位国家：
美国
项目类别：
Continuing Grant
财政年份：
2019
资助国家：
美国
起止时间：
2019-07-15 至 2025-06-30
项目状态：
未结题

来源：
https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1902111&HistoricalAwards=false
关键词：
Phase Space Studies Ion Energization

项目摘要

Historically, the study of plasmas has focused on the evolution of the average properties of the charged particles in the plasma, the ions and electrons, i.e., the density, flow, and temperature of the plasma. In this project, the detailed motion of both ions and electrons will be investigated under conditions that reproduce processes that occur naturally in space or at the interface between plasmas and walls in laboratory magnetized plasma experiments. The in situ measurement of ion and electron velocity distribution functions in space has revolutionized the field of space physics, providing the space physics community an ability to study and understand kinetic-scale processes; test theories and computational models; and to discover new plasma phenomena. Through detailed measurements of the ion velocity distribution function, the group will determine if the observed inverse relationship between ion thermal anisotropy and the ratio of the plasma thermal pressure to magnetic pressure in laboratory plasmas is consistent with theoretical predictions for the ion cyclotron or ion mirror instability threshold. Beyond the scientific contribution that the proposed research could make to the understanding of ion energization in plasmas, the broader impact of the work involves the training of graduate students in a research environment that emphasizes the synergy between basic and applied plasma physics. The infrastructure advancement impact of this work is the development of a novel laser diagnostic to measure transient and steady-state magnetic fields in a low temperature plasma.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.

历史上，对等离子体的研究主要集中在等离子体中带电粒子、离子和电子的平均性质的演变，即等离子体的密度、流量和温度。在这个项目中，离子和电子的详细运动将在再现空间中自然发生的过程的条件下进行研究，或者在实验室磁化等离子体实验中等离子体和壁之间的界面上进行研究。空间中离子和电子速度分布函数的原位测量彻底改变了空间物理领域，为空间物理学界提供了研究和理解动力学尺度过程的能力；测试理论和计算模型；并发现新的等离子体现象。通过对离子速度分布函数的详细测量，该小组将确定观察到的离子热各向异性与实验室等离子体中等离子体热压与磁压之比之间的反比关系是否与离子回旋加速器或离子镜像不稳定阈值的理论预测相一致。除了提出的研究可以对等离子体中的离子能量的理解做出科学贡献之外，这项工作的更广泛影响包括在强调基础和应用等离子体物理学之间协同作用的研究环境中培养研究生。这项工作对基础设施的影响是开发了一种新的激光诊断方法来测量低温等离子体中的瞬态和稳态磁场。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命，并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估，被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Two-photon absorption laser induced fluorescence measurements of absolute neutral deuterium density, temperature, and bulk flow in Proto-MPEX

Proto-MPEX 中绝对中性氘密度、温度和总体流量的双光子吸收激光诱导荧光测量

DOI：
10.1063/5.0054734
发表时间：
2021
期刊：
Physics of Plasmas
影响因子：
2.2
作者：
Steinberger, Thomas E.;McLaughlin, Jacob W.;Biewer, Theodore M.;Caneses, Juan F.;Scime, Earl E.
通讯作者：
Scime, Earl E.

Alfvénic modes excited by the kink instability in PHASMA

由 PHASMA 中的扭结不稳定性激发的 Alfvénic 模式

DOI：
10.1063/5.0041617
发表时间：
2021
期刊：
Physics of Plasmas
影响因子：
2.2
作者：
Shi, Peiyun;Srivastav, Prabhakar;Beatty, Cuyler;John, Regis;Lazo, Matthew;McKee, John;McLaughlin, Jacob;Moran, Michael;Paul, Mitchell;Scime, Earl E.
通讯作者：
Scime, Earl E.

Ion heating in the PISCES-RF liquid-cooled high-power, steady-state, helicon plasma device

PISCES-RF 液冷高功率稳态螺旋等离子体装置中的离子加热

DOI：
10.1088/1361-6595/abff10
发表时间：
2021
期刊：
Plasma Sources Science and Technology
影响因子：
3.8
作者：
Thakur, S Chakraborty;Paul, M;Hollmann, E M;Lister, E;Scime, E E;Sadhu, S;Steinberger, T E;Tynan, G R
通讯作者：
Tynan, G R

Laboratory Observations of Electron Heating and Non-Maxwellian Distributions at the Kinetic Scale during Electron-Only Magnetic Reconnection

仅电子磁重联过程中电子加热和动力学尺度非麦克斯韦分布的实验室观察

DOI：
10.1103/physrevlett.128.025002
发表时间：
2022
期刊：
Physical Review Letters
影响因子：
8.6
作者：
Shi, Peiyun;Srivastav, Prabhakar;Barbhuiya, M. Hasan;Cassak, Paul A.;Scime, Earl E.;Swisdak, M.
通讯作者：
Swisdak, M.

Creation of large temperature anisotropies in a laboratory plasma

在实验室等离子体中产生大的温度各向异性

DOI：
10.1063/5.0029315
发表时间：
2020
期刊：
Physics of Plasmas
影响因子：
2.2
作者：
Beatty, C. B.;Steinberger, T. E.;Aguirre, E. M.;Beatty, R. A.;Klein, K. G.;McLaughlin, J. W.;Neal, L.;Scime, E. E.
通讯作者：
Scime, E. E.