The response of a plasma to the sudden injection of an electron beam was systematically studied using a Vlasov-Poisson solver in one-dimension. The temporal response of the plasma was dramatic and included the following processes: (1) The formation of ion bursts; (2) The creation of electrostatic electron shocks and holes, depending on the beam density; (3) A strong plasma heating and the consequent plasma expulsion from the simulation region; (4) The creation of density gradients due to the plasma expulsion; (5) The formation of a caviton through the pondermotive force of long wavelength fast oscillations and the consequent steepening of the density gradient; (6) The propagation of the steep density front and solitary pulse down the density gradient; and (7) The excitation of the Buneman mode and the subsequent formation of a virtual cathode and double layers. In the same simulation several types of double layers occur as the plasma evolves through various stages, including monotonic double layers, double layers with a dip on the low potential side, and double layers with a bump on the high potential side. When the electron current density is large, multiple double layers are common. On the other hand, when the electron current density decreases owing to disruptive plasma processes, a single strong double layer forms. Such double layers have localized negative potential dips at their low potential ends. Simulations carried out with several beam velocities indicate that the double layer strength approximately scales with the beam energy.
一次元のVlasov-Poissonソルバーを用いて、電子ビームの突然の注入に対するプラズマの応答を系統的に研究した。プラズマの時間的応答は劇的であり、以下の過程を含んでいた：(1) イオンバーストの形成；(2) ビーム密度に依存する静電的電子衝撃波とホールの生成；(3) 強いプラズマ加熱と、それに続くシミュレーション領域からのプラズマ排出；(4) プラズマ排出による密度勾配の生成；(5) 長波長の高速振動のポンデロモーティブ力によるキャビトンの形成と、それに続く密度勾配の急峻化；(6) 急峻な密度フロントと孤立パルスの密度勾配に沿った伝播；(7) ビューネマンモードの励起と、それに続く仮想陰極と二重層の形成。同じシミュレーションにおいて、プラズマが様々な段階を経るにつれて、いくつかの種類の二重層が発生する。それには、単調な二重層、低電位側にディップを持つ二重層、高電位側にバンプを持つ二重層が含まれる。電子電流密度が大きい場合、複数の二重層が一般的である。一方、破壊的なプラズマ過程により電子電流密度が減少する場合、単一の強い二重層が形成される。そのような二重層は、その低電位端に局所的な負の電位ディップを持つ。いくつかのビーム速度で行われたシミュレーションは、二重層の強度がビームエネルギーにほぼ比例することを示している。