We theoretically and numerically study the merger phenomenon of the ion-phase vortex structure in hydrogen plasma. The results indicate that the merging of vortex structures during the nonlinear evolution of ion-acoustic waves (IAW) is mainly due to two-ion decay (TID) instability. When the daughter IAWs of the TID grow to be comparable to the fundamental mode, vortex merging will occur. Furthermore, the vortex merging can abruptly convert the significant energy of the fundamental mode into subharmonic energy, resulting in saturation for the TID of the fundamental mode. After several vortex-merging processes, the system eventually evolves into a turbulent state. In particular, the TID growth rate has been improved by considering two additional second-order coupling terms in this paper, which agree much better with the simulation results. Finally, the importance of the electron kinetic effects in the TID process is also presented by comparing hybrid-Vlasov and full-Vlasov simulations.
我々は、水素プラズマにおけるイオン位相渦構造の合体現象を理論的および数値的に研究する。結果は、イオン音波（IAW）の非線形発展中の渦構造の合体が、主に二イオン減衰（TID）不安定性によるものであることを示している。娘IAWが基本波と同程度に成長すると、渦合体が発生する。さらに、渦合体は基本波の有意なエネルギーを副調和波エネルギーへと急激に変換し、その結果、基本波のTIDに対する飽和が生じる。数回の渦合体過程を経て、系は最終的に乱流状態へと進化する。特に、本論文では2つの追加的な二次結合項を考慮することでTID成長率が改善され、シミュレーション結果と非常によく一致する。最後に、ハイブリッド・ブラソフシミュレーションと完全ブラソフシミュレーションを比較することにより、TID過程における電子運動論効果の重要性も示される。