This study explores the dynamics and structural evolution of high-density plasma beams as they propagate through a lower-density plasma medium, utilizing relativistic kinetic particle-in-cell simulations. The width of the incident plasma beam governs the morphological evolution of jet structures and shock formation. When the beam width is smaller than the ion skin depth, the reduced electron–ion charge separation leads to insufficient magnetic pressure for shock development. Conversely, when the beam width exceeds the ion skin depth, the enhanced magnetic pressure drives shock formation. Moreover, when the beam width exceeds the ion cyclotron radius, the jet density structures are determined by the beam-width-to-ion-cyclotron-radius ratio through the magnetic field configuration.
本研究は、高密度プラズマビームが低密度プラズマ媒体中を伝搬する際の力学と構造進化を、相対論的運動論的粒子インセル（PIC）シミュレーションを用いて調査するものである。入射プラズマビームの幅は、ジェット構造の形態進化と衝撃波形成を支配する。ビーム幅がイオン表皮深さより小さい場合、電子-イオン電荷分離の減少により、衝撃波の発達に十分な磁気圧が生じない。逆に、ビーム幅がイオン表皮深さを超える場合、増大した磁気圧が衝撃波形成を駆動する。さらに、ビーム幅がイオンサイクロトロン半径を超える場合、ジェットの密度構造は、磁場配位を通じて、ビーム幅とイオンサイクロトロン半径の比によって決定される。