Numerical simulations and experiments were performed in order to clarify the relation between ion phase space vortices, the ion acoustic instability and shock-like perturbations in ion beam-plasma systems. The simulations show that the formation of vortices in the ion phase space occurs only when the ion beam-plasma system is linearly unstable. The size and characteristic formation time of these vortices are in good agreement with predictions based on the wavelengths and growth rates of the linear one-dimensional ion acoustic instability; this confirms that vortices result from the saturation of the instability. Experiments on step-like perturbations in the ion beam-plasma system were performed in a DP device. They show the formation of extended 'hump and dip' regions behind the beam-induced shock front. Inside these regions localized occurrences of the ion acoustic instability have been seen. In contrast with the ion vortices, these structures do not result from the instability. These findings are in qualitative agreement with the results of numerical simulations designed after the experiment.
イオン・ビーム・プラズマ系におけるイオン位相空間渦、イオン音波不安定性、および衝撃波様摂動の関係を明らかにするために、数値シミュレーションと実験を行った。シミュレーションにより、イオン位相空間における渦の形成は、イオン・ビーム・プラズマ系が線形不安定である場合にのみ生じることが示された。これらの渦のサイズと特徴的な形成時間は、線形一次元イオン音波不安定性の波長と成長率に基づく予測とよく一致しており、渦が不安定性の飽和に起因することを裏付けている。DP装置において、イオン・ビーム・プラズマ系における階段状摂動に関する実験を行った。その結果、ビーム誘起衝撃波前面の後方に、広がった「ハンプ・アンド・ディップ」領域の形成が示された。これらの領域内部では、イオン音波不安定性の局所的な発生が観測された。イオン渦とは対照的に、これらの構造は不安定性に起因するものではない。これらの知見は、実験後に設計された数値シミュレーションの結果と定性的に一致している。