The filamentation instability of counterpropagating symmetric beams of electrons is examined with 1D and 2D particle-in-cell simulations, which are oriented orthogonally to the beam velocity vector. The beams are uniform, warm and their relative speed is mildly relativistic. The dynamics of the filaments is examined in 2D and it is confirmed that their characteristic size increases linearly in time. Currents orthogonal to the beam velocity vector are driven through the magnetic and electric fields in the simulation plane. The fields are tied to the filament boundaries and the scale size of the flow aligned and the perpendicular currents are thus equal. It is confirmed that the electrostatic and the magnetic forces are equally important, when the filamentation instability saturates in 1D. Their balance is apparently the saturation mechanism of the filamentation instability for our initial conditions. The electric force is relatively weaker but not negligible in the 2D simulation, where the electron temperature is set higher to reduce the computational cost. The magnetic pressure gradient is the principal source of the electrostatic field, when and after the instability saturates in the 1D simulation and in the 2D simulation.
対向伝播する対称電子ビームのフィラメント化不安定性を、ビーム速度ベクトルに直交する方向に配向した1次元および2次元の粒子インセルシミュレーションを用いて調べた。ビームは一様かつ暖かく、その相対速度は弱相対論的である。フィラメントのダイナミクスを2次元で調べ、その特性サイズが時間とともに線形に増大することを確認した。ビーム速度ベクトルに直交する電流は、シミュレーション平面内の磁場および電場を通じて駆動される。場はフィラメント境界に結びついており、流れに平行および垂直な電流のスケールサイズはしたがって等しい。フィラメント化不安定性が1次元で飽和するとき、静電的力と磁気的力が同程度に重要であることが確認された。それらの釣り合いが、我々の初期条件に対するフィラメント化不安定性の飽和機構であると思われる。2次元シミュレーションでは、計算コストを削減するために電子温度を高く設定しているが、電場による力は比較的弱いものの無視できない。1次元シミュレーションおよび2次元シミュレーションにおいて、不安定性が飽和する時点およびその後において、磁気圧勾配が静電場の主要な源である。