We discuss the physical processes, which take place in a multi-component plasma set in expansion by a minority of energetic electrons. The expansion is in the form of a collisionless rarefaction wave associated with three types of electrostatic shocks. Each shock manifests itself in a potential jump and in the spatial separation of plasma species. The shock front associated with the proton–electron separation sets the maximum proton velocity. Two other shocks are due to the hot–cold electron separation and the light–heavy ion separation. They result in the light ion acceleration and their accumulation in the phase space. These structures open possibilities for control of the number and the energy spectrum of accelerated ions. Simple analytical models are confirmed in numerical simulations where the ions are described kinetically, and the electrons assume the Boltzmann distribution.
我々は、少数の高エネルギー電子によって膨張状態に置かれた多成分プラズマにおいて生じる物理過程について議論する。その膨張は、3種類の静電衝撃波を伴う無衝突希薄波の形態をとる。各衝撃波は、ポテンシャルジャンプとプラズマ種の空間的分離として現れる。陽子-電子分離に伴う衝撃波面は、陽子の最大速度を決定する。他の2つの衝撃波は、高温-低温電子分離と軽-重イオン分離に起因する。それらは、軽イオンの加速と位相空間におけるそれらの蓄積をもたらす。これらの構造は、加速されたイオンの数とエネルギースペクトルの制御の可能性を開く。単純な解析モデルは、イオンが運動論的に記述され、電子がボルツマン分布を仮定する数値シミュレーションにおいて確認される。