We present a self-similar three-dimensional and spherically symmetric fluid model of the expansion of an either globally neutral or globally charged collisionless plasma into vacuum. As in previous works by other authors the key parameter of the model is the ratio of the electron Debye length to the radius R of the expanding ion sphere. The main difference with respect to the recently published model of Murakami and Basko (2006 Phys. Plasmas13 2105) is that the electron temperature is spatially non-uniform. The major consequence of the spatial variability is that the self-similar solution is characterized by the presence of a sharp electron front at some finite distance ahead of the ion front. Explicit analytic expressions for the self-similar profiles of the ion and electron densities, the electron temperature and the heat flux are given for the region inside the ion front. The model is shown to be in good qualitative agreement with results from ab initio plasma simulations.
我々は、全体として中性または帯電した無衝突プラズマの真空への膨張に関する、自己相似な三次元かつ球対称の流体モデルを提示する。これまでの他研究と同様に、このモデルの主要パラメータは、電子デバイ長と膨張するイオン球の半径Rとの比である。最近発表されたMurakamiとBaskoのモデル（2006 Phys. Plasmas 13 2105）との主な違いは、電子温度が空間的に一様でないことである。この空間的不均一性の主要な帰結として、自己相似解は、イオン前端から有限距離前方に鋭い電子フロントが存在することを特徴とする。イオン前端の内側の領域について、イオン密度と電子密度の自己相似プロファイル、電子温度、および熱流束の明示的な解析式を与える。このモデルは、第一原理プラズマシミュレーションの結果と良好な定性的一致を示すことが実証される。