An electrostatic instability driven by counter-propagating tenuous proton beams that traverse a bulk plasma consisting of electrons and protons is considered. The system is spatially homogeneous and is evolved in time with a one-dimensional particle-in-cell simulation, which allows for a good statistical plasma representation. Mildly and highly relativistic beam speeds are modeled. The proton beams with a speed of 0.9c result in waves that saturate by the trapping of electrons. The collapse of the phase space holes in the electron distribution scatters these to a flat-top momentum distribution. The final electric fields are weak and the proton beams are weakly modulated. No secondary instabilities are likely to form that could thermalize the proton beams. The proton beams moving with 0.99c initially heat the bulk plasma through a three-wave interaction. Coalescing phase space holes in the bulk proton distribution arising from the saturation of ion acoustic waves transport wave energy to low wavenumbers. Highly relativistic phase space holes form in the electron distribution, which are not spatially homogeneous. The spatial envelope of these electron phase space holes interacts with the fluctuations driven by the phase space holes in the bulk protons, triggering a modulational instability. A Langmuir wave condensate forms that gives rise to strong and long electrostatic wave packets, as well as to a substantial modulation of the proton beams. The final state of the system with the highly relativistic proton beams is thus more unstable to further secondary instabilities that may transfer a larger beam energy fraction to the electrons and thermalize the proton beams more rapidly.
静電不安定性は、バルクプラズマを横切る逆伝播する陽子ビームによって駆動されるが、このバルクプラズマは電子と陽子から構成されるものとして考察される。この系は空間的に一様であり、一次元粒子インセルシミュレーションを用いて時間発展させる。これにより、良好な統計的プラズマ表現が可能となる。中程度に相対論的なビーム速度と高度に相対論的なビーム速度がモデル化される。速度0.9cの陽子ビームは、電子の捕捉によって飽和する波動を生じる。電子分布における位相空間ホールの崩壊は、この分布を平坦なトップの運動量分布へと散乱させる。最終的な電場は弱く、陽子ビームはわずかに変調される。陽子ビームを熱化させ得る二次的不安定性が形成される可能性は低い。速度0.99cで移動する陽子ビームは、三波相互作用を通じてバルクプラズマを最初に加熱する。イオン音波の飽和から生じるバルク陽子分布における位相空間ホールの合体は、波動エネルギーを低波数へと輸送する。高度に相対論的な位相空間ホールが電子分布内に形成されるが、これらは空間的に一様ではない。これらの電子位相空間ホールの空間的包絡線は、バルク陽子内の位相空間ホールによって駆動される変動と相互作用し、変調不安定性を引き起こす。ラングミュア波動凝縮体が形成され、これにより強力で長い静電波動パケットが生じるとともに、陽子ビームの substantial な変調が引き起こされる。高度に相対論的な陽子ビームを有するこの系の最終状態は、したがって、より大きなビームエネルギー分率を電子へと伝達し、陽子ビームをより急速に熱化させ得る更なる二次的不安定性に対して、より不安定である。