Plasmoid-mediated reconnection during nonlinear peeling-ballooning edge-localized modes
本研究通过非线性电阻MHD模拟，揭示了P-B ELMs中电流片形成及高伦德奎斯特数下等离子体团介导的再连接爆发机制。
2021-10-19 physics.plasm-ph
Suppression of reconnection in polarized, thin magnetotail current sheets: 2D simulations and implications
许多航天器的现场观测表明，地球磁尾的磁重联主要受重联前电流片位形的控制。最重要的薄电流片特征之一是由强极化电场驱动的电子电流占优势，这通常在重联之前在地球的磁尾中观察到。我们使用粒子模拟来研究二维磁尾电流片中的磁重联，该电流片具有垂直于电流片的有限磁场分量和电流片极化。在相同的外部驱动条件下，在极化电流片的重联示出发生在一个较低的速率比在非极化电流片。极化电流片中的重联率随电子流对交叉尾电流贡献的增加而线性减小。在较低背景温度的模拟中，重联电场较高。结果表明，在这种极化电流片中，重联后流出的能流主要是离子焓流，其次是电子焓流、坡印亭流、离子动能流和电子动能流.这些发现与航天器的观测结果一致。由于电流片的极化沿磁尾是不均匀的，我们的研究结果表明，它可能会减慢重联在最极化的近地磁尾，从而移动的位置重联开始downtail。
2022-09-24 physics.plasm-ph physics.space-ph
Thermodynamics of Shear Equilibration During Magnetic Reconnection Onset in Mixed-Equilibrium Current Sheets
研究磁重联起始期间混合平衡电流片中磁剪切热力学行为，通过PIC模拟分析电流片平衡过程中的热力学变量与引导场相互作用。
2025-12-05 physics.plasm-ph
Electron-magnetohydrodynamic simulations of electron scale current sheet dynamics in the Vineta.II guide field reconnection experiment
用三维电子-磁流体动力学（EMHD）方法模拟了静止和未磁化离子背景下的电子流片动力学以及随后产生的电磁涨落。模拟中的物理参数和初始磁位形选择与\textsc{Vineta} .II磁重联实验中的相似。与实验结果相一致，我们的三维EMHD模拟显示了一个细长的电子尺度电流片的形成与此片内的电磁波动的激发。模拟中的波动是由电子剪切流不稳定性产生的，该电子剪切流不稳定性在电流片演化期间发展的面内（垂直于片中的主电流的方向）电子剪切流（或电流）上生长。与实验结果相似，垂直于波导磁场方向的磁场起伏呈现出一个宽带频谱，其频谱符合幂律，并与轴向电流密度呈正相关。虽然实验结果表明，离子的影响的波动的光谱特性，模拟表明，电子动力学，即使在没有离子运动，主要决定了形成的电流片和产生的电磁波动在实验中观察到的。
2017-05-04 physics.plasm-ph
Stabilization of Magnetic Reconnection in Relativistic Current Sheet
最近，相对论热等离子体被强磁场限制的磁重联在与天体物理对象（例如，脉冲星磁层和磁星）。然而，在等离子体片与相对论性高速漂移电流重联尚未调查。因此，我们从理论和计算的角度研究了相对论热等离子体片中高速漂移流的相对论重联增长率。因此，我们认为，相反的相对论重联的快速能量耗散的传统理解，磁重联的增长被抑制。
2020-06-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
"Ideal" tearing and the transition to fast reconnection in the weakly collisional MHD and EMHD regimes
本文讨论了在无碰撞极限下薄电流片中撕裂不稳定性向快速增长的转变，其中电子惯性驱动重联过程。先前已经提出，在电阻性MHD中，对于具有宏观长度L的当前片材，存在可以达到的自然最大纵横比（片材长度和宽度与厚度的比率），极限由撕裂模式增长时间与宏观尺度上计算的阿尔文时间具有相同数量级的事实提供（Pucci和Velli（2014））。对于具有小于临界纵横比的电流片，随着Lundquist数S的增加，归一化增长率趋于零，而对于具有大于临界纵横比的电流片，增长率随S发散。在这里，我们进行了类似的分析，但与电子惯性作为违反磁通量守恒的长期：以前发现缩放的临界电流片的长宽比与伦德奎斯特数一般化，包括依赖的比例$(d_e/L)^2$，其中德是电子集肤深度，它表明，有限制缩放，如在电阻的情况下，导致在理想的时间尺度上增长的重连模式。然后考虑有限拉莫尔半径效应，并提出基于“理想”重联的重新标度论点来解释电流片演化数值模拟中自然出现的二次快速重联状态。
2015-10-30 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Geometry of Magnetic Reconnection Induced by Ballooning Instability in a Generalized Harris Sheet
本文首次报道了广义Harris单中由气球不稳定性引起的磁重联过程的三维几何结构。准分界线层的空间分布和结构，以及它们的时间出现和演变，表明相关的磁重联只能发生在一个三维的几何形状，这是不可约的任何二维重联过程。这一发现为亚暴爆发问题的长期争论提供了一个新的视角，并阐明了重联和气球不稳定性的综合作用。它还与先前在各种自然和实验室等离子体中发现的3D重连过程的普遍存在有关。
2017-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of Multi-scale Coupling on Particle Acceleration and Energy Partition in Magnetic Reconnection
本研究通过粒子-网格模拟探讨了磁重联中多尺度耦合对粒子加速和能量分配的影响，发现次级电流片和湍流主导能量耗散，改变非热粒子分布。
2025-11-20 physics.plasm-ph
Basic Pattern of Three-dimensional Magnetic Reconnection within Strongly Turbulent Current Sheets
本研究开发了一种新方法来识别和分析强湍流电流片中的多尺度重联碎片，揭示了其准二维片状结构特征及重联率分布规律，首次为太阳耀斑中三维湍流磁重联提供了定量测量。
2025-04-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Understanding observational characteristics of solar flare current sheets
本研究通过高分辨率3D磁流体动力学模拟，揭示太阳耀斑电流片观测特征与磁重联基本过程的关系，发现湍流重联拓宽表观宽度、高温分量与小尺度重联位点相关、强湍流致谱线非热展宽，模型可解释主要观测特征。
2025-02-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A novel kinetic mechanism for the onset of fast magnetic reconnection and plasmoid instabilities in collisionless plasmas
当相反的磁场通过电流片合并和湮灭时，磁重联可以爆炸性地释放磁能，驱动等离子体射流并将非热粒子群加速到高能量，在从空间和天体物理到实验室尺度的等离子体中。通过实验室实验和航天器观测，在证明在狭窄的动力学尺度电流片中如何快速耗散和重联方面取得了重大的实验进展。然而，一个挑战是要证明是什么触发了重新连接，以及它如何作为一个比这些动力学尺度大得多的全球系统的一部分快速有效地进行。在这里，我们显示实验的全面发展的过程中，电流片的形式，然后在离子动力学尺度分解成多个载流结构。结果是一致的撕裂的电流片，但修改碰撞动力学离子效应，这导致更大的增长率和数量的等离子体团比以前的实验中观察到的或相比，从标准的撕裂不稳定性理论和以前的非线性动力学重联模拟的预测。这一效应将增加等离子体团不稳定性在许多自然重联系统中的作用，在触发大范围自然等离子体的快速重联时应加以考虑，这些自然等离子体具有无碰撞、可压缩的流动，包括在地球磁鞘和磁尾以及在日球顶、在吸积盘以及在湍流高马赫数无碰撞激波中。
2021-12-06 physics.plasm-ph
On the Effect of Driving Turbulent-like Fluctuations on a Harris-Current Sheet Configuration and the Formation of Plasmoids
本文通过二维 particle-in-cell 模拟研究湍流涨落对无碰撞正负电子对等离子体中 Harris 电流片磁重联的影响，发现湍流可改变重联起始与演化，并存在尺度依赖的涨落振幅阈值，超过该阈值会抑制磁岛成长。
2024-08-06 physics.plasm-ph
Configuration of magnetotail current sheet prior to magnetic reconnection onset
磁尾电流片的配置决定了控制亚暴发生的磁重联特性，亚暴是地球磁层中最具活力的现象之一。静止时间电流片通常近似为由各向同性等离子体压力梯度平衡的二维（2D）磁场配置。然而，重联开始之前的电流片变薄和形成的近一维（1D）的磁场配置。在这项研究中，使用粒子模拟，我们调查的力量平衡，这样薄的电流片时，他们被等离子体流入驱动。我们证明了磁场位形从二维到一维的转变，由于形成等离子体压力nongyrotropics和揭示其起源的离子分布的nongyrotropic条款。我们表明，亚暴的发病可能是由这样的nongyrotropic电流片的不稳定性和动力学控制，从最常见的调查二维各向同性配置有很大不同的属性。
2022-03-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection with null and X-points
X点和X点本身对磁重联并不直接重要，因为可分辨的磁力线并不靠近它们。即使在无碰撞的等离子体中，在尺度$c/ω_{pe}$上彼此接近的磁场线在演化过程中变得不可区分。重要的是，穿过零点和X点附近的磁力线可以探测到不同的空间区域。传统的重联理论假设重联的磁通量必须被电场耗散或扩散。这种假设在三维系统中是错误的，因为理想的演化可以导致覆盖大体积的磁场线在不可分辨尺度$c/ω_{pe}$内彼此接近。当电子碰撞时间$τ_{ei}$短于磁场$τ_{ev}$的演化时间时，$c/ω_{pe}$的重要性由电阻时间尺度$τ_η=(η/μ_0)L^2$和系统尺度$L$代替。磁雷诺数是$R_m\equivτ_η/τ_{ev}$是巨大的，在许多重联问题的兴趣。磁通量扩散意味着重连与演化尺度竞争所需的电流密度为$R_m$，而磁通量混合意味着与演化尺度竞争所需的电流密度为$\ln R_m$。
2019-10-08 physics.plasm-ph
Fast reconnection in a coronal torn plasma sheet
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Yunnan Key Laboratory of Solar Physics and Space Science（云南太阳能物理与空间科学重点实验室）
研究通过观测日冕等离子体片的演变，揭示了等离子体体在磁重联过程中的关键作用，表明其形成与喷射能显著提高重联速率并促进快速重联。
2026-02-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron-only Reconnection in Ion-scale Current Sheet at the Magnetopause
在磁重联的标准模型中，离子和电子都耦合到新重联的磁场线上，并以双向爆发离子和电子喷流的形式被喷离重联扩散区。最近的观测提出了一种新的模型：电子尺度电流片中没有离子耦合的只有电子的磁重联。利用磁层多尺度探测器（MMS）的观测数据，在地磁层顶距X线至少40 di处观测到一个长的内电子扩散区（EDR），这意味着EDR的延伸范围比理论和模拟预测的要长得多。该内部EDR嵌入在离子标度电流片中（4 di的宽度，di是离子惯性长度）。然而，这种持续的磁重联并不伴随着爆发离子流出，这意味着在离子尺度电流片中存在仅电子重联。我们的观测结果对理解电子尺度电流片中的标准磁重联模型和唯电子重联模型提出了新的挑战。
2021-09-27 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Formation and Structure of a Current Sheet in Pulsed-Power Driven Magnetic Reconnection Experiments
我们描述了一个新的，脉冲功率驱动的实验平台，其中的流入是超声波，但亚阿尔夫维尼克的磁重联实验。本征磁化等离子体流是持久的，产生一个明确的重联层，持续了许多流体动力学时间尺度。该层是诊断使用一套高分辨率的激光诊断，提供测量的电子密度，重联磁场，流入和流出速度以及电子和离子温度。使用这些测量，我们观察到流入和流出层的功率流之间的平衡，并且我们发现电子和离子的加热速率明显超过经典预测。等离子体团的形成被观察到在激光干涉和光学自发射，这些等离子体团的磁性O点结构被证实使用磁探针。
2017-09-13 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Stability of Current Sheets Supported by Electron Pressure Anisotropy
用三维动力学粒子模拟方法研究了重联排气中电子流片的稳定性。在这里研究的电子流层形成自洽的重联制度与一个温和的引导场，由电子压力各向异性的压力分量平行于磁场方向大于垂直分量的支持，并远远超出电子动力学尺度。在3D中，除了几乎所有重联排气共同的漂移不稳定性，考虑的制度也表现出由电子压力各向异性驱动的电磁不稳定性。虽然波动在小尺度上调制电流密度，但它们不会破坏扩展的电子电流层的一般结构。因此，拉长的电流片应该持续足够长的时间，以便在空间观测和实验室实验中观察到。
2019-10-07 physics.plasm-ph
"Ideally" unstable current sheets and the triggering of fast magnetic reconnection
磁重联被认为是在空间和实验室中观察到的许多爆炸现象的动力学机制，尽管在如此高的Lundquist（$S$）数等离子体中触发磁重联的速度有多快的问题仍然是难以捉摸的。已经确定的是，一旦达到动力学尺度，重连可以比传统预测的更快地发展。它也已被证明，在电阻磁流体力学（MHD）的框架内，快速重联实现足够薄的片材通过所谓的等离子体团不稳定性的发病。后者是在专门研究斯威特-帕克电流片的研究中发现的，无论是作为初始条件还是在非线性研究中发展的明显瞬态。另一方面，快速撕裂不稳定性可以在理想情况下增长，即，$S$ -独立的，时间尺度（被称为“理想”撕裂）在当前片的纵横比尺度与宏观伦德奎斯特数为$L/a\sim S^{1/3}$ -比斯威特帕克一个小得多-提出了一种新的方法来接近崩溃的电流配置中的快速重联的启动。在这里，我们提出了一个概述，我们所谓的“理想”撕裂电阻MHD，并讨论如何同样的推理可以扩展到其他常用的等离子体模型，包括电子惯性和动力学效应。然后，我们讨论了一个方案的发病“理想”的快速重联通过崩溃的电流片，并描述了一个定量模型的非线性演化的解释“理想”的不稳定片在两个维度。
2016-09-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Capturing Secondary Kinetic Instabilities in Three-Dimensional Dayside Reconnection Using an Improved Gradient-Based Closure
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究利用改进的梯度基闭合模型，通过模拟2015年MMS事件，提升了对三维日侧重联中二次动能不稳定性及湍流生成的捕捉能力。
2026-02-18 physics.plasm-ph
Fluid Simulations of Three-Dimensional Reconnection that Capture the Lower-Hybrid Drift Instability
流体模型，近似动力学效应最近受到关注的大尺度等离子体，如行星磁层的建模。在三维重联中，重联本身和电流片不稳定性都需要适当地表示。我们表明，基于压力梯度的热通量封闭，使一个十时刻的流体模型捕获的低混合漂移不稳定性（LHDI）的重连模拟内的关键属性。用动力学模型和流体连续模型研究了不稳定性的特征，并分析了它在三维重联模拟中的作用。电磁LHDI的饱和水平高于预期，这导致电流片的强烈扭结。因此，初始扰动的大小对所产生的湍流具有显著影响。
2020-12-28 physics.plasm-ph
Generation of Surface Sausage Oscillations of a Current Sheet and Propagating Magnetoacoustic Waves by Impulsive Reconnection
本文模拟了日冕中相反极性磁源汇聚引发的脉冲重联，发现重联驱动电流片产生表面香肠振荡，并激发向外传播的快慢磁声波，周期约91秒，为日冕加热机制提供新见解。
2025-07-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Delayed current sheet formation due to an external field in pulsed-power-driven reconnection experiments
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）；Department of Nuclear Engineering and Radiological Sciences, University of Michigan（密歇根大学核工程与放射科学系）；Laboratory of Plasma Studies, Cornell University（康奈尔大学等离子体研究实验室）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Laboratory for Laser Energetics（激光能量学实验室）；TAE Technologies, Inc.（TAE科技有限公司）
研究通过脉冲电源驱动磁重联实验，发现强外部磁场抑制电流片形成，通过磁流体动力学模拟验证了外部磁场对压力平衡和电流片形状比动态的影响。
2026-05-14 physics.plasm-ph
The three-dimensional evolution of ion-scale current sheets: tearing and drift-kink instabilities in the presence of proton temperature anisotropy
我们提出了第一个三维混合模拟的离子尺度电流片的演变，与温度各向异性和相关的动力学不稳定性的撕裂不稳定性和粒子加热的增长的作用的调查。我们确认的离子回旋和消防水龙带不稳定性，以提高或抑制重联的能力，分别。模拟结果表明，持久的三维结构的出现，包括补丁重联网站和窄带漂移扭结不稳定性，抑制重联薄电流片与弱导场的快速增长。还讨论了太阳风电流片三维演化的潜在观测特征。我们的结论是动力学不稳定性，所产生的非麦克斯韦离子种群，是显着的三维电流片的演变，和二维的研究加热率的重联因此可能高估的能力薄，离子尺度的电流片加热的太阳风重联。
2014-11-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamic mitigation of filamentation instability and magnetic reconnection in sheet-current sustained plasma
本文提出了在摆动电子片电流驱动下等离子体中磁重联不稳定性和磁重联的动力学缓解方法。摆动电流引入振荡扰动并使扰动平滑。薄层电流在等离子体中产生反平行磁场。初始微扰引起电子束偏转和磁重联。当沿片状电流面向片状电子束施加摆动或振荡运动时，扰动相被混合，从而显著地延迟了不稳定性的增长。通常，等离子体不稳定性是通过增长率来讨论的，因为它很难测量或检测等离子体中扰动的相位。然而，扰动的相位可以例如通过驱动器摆动运动从外部控制。主动引入的扰动叠加导致扰动平滑，并且可以减少不稳定性增长，类似于前馈控制。
2021-01-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional Turbulent Reconnection within Solar Flare Current Sheet
本研究通过自洽高分辨率三维磁流体力学模拟，揭示了太阳耀斑电流片内的湍流磁重联过程，发现撕裂模与Kelvin-Helmholtz不稳定性的耦合是形成多尺度动力学结构的关键，实现了向三维湍流重联模型的范式转变。
2023-08-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Laboratory evidence of electron pressure anisotropy driving plasmoid mediated magnetic reconnection
Light Stream Labs LLC（Light Stream Labs 有限责任公司）；LULI - CNRS, CEA, UPMC Univ Paris 06 : Sorbonne Université, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（LULI - 法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会，巴黎第六大学：索邦大学，综合理工学院，巴黎理工学院）；INRS-EMT；University of Bordeaux, Centre Lasers Intenses et Applications, CNRS, CEA, UMR 5107（波尔多大学，高强度激光中心，法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会）；Central Laser Facility, Rutherford Appleton Laboratory（中央激光设施，卢瑟福·阿普尔顿实验室）；Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；CELIA, Université de Bordeaux–CNRS–CEA, UMR 5107（CELIA，波尔多大学-法国国家科学研究中心-法国原子能和替代能源委员会）；Sorbonne Université, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, LUX（索邦大学，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心）
研究通过3D混合模拟与激光驱动实验，发现电子压力各向异性是撕裂不稳定性增长的关键驱动因素，为实验室和天体等离子体磁重联动态评估奠定基础。
2026-04-16 physics.plasm-ph
Ion Temperature Anisotropy Limits from Magnetic Curvature Scattering in Magnetotail Reconnection Jets
Swedish Institute of Space Physics（瑞典空间物理研究所）；Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）；Department of Physics and Engineering, University of Bergen（卑尔根大学物理与工程系）；Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系）
本研究通过建模磁尾样配置中的准一维电流片，探讨了曲率散射对离子温度各向异性的限制作用，验证了其在维持电流片稳定性中的关键作用。
2026-01-23 physics.plasm-ph
On the role of system size in Hall MHD magnetic reconnection
我们研究了霍尔电场对磁岛聚结的影响，在大岛的限制，并找到证据的一个细长的电子电流片层与Sweet-Parker样的重联率和崩溃，Petschek样的电子片的峰值重联率接近0.1 vA B 0霍尔MHD率。在我们的模拟中观察到的状态似乎取决于网格规模。此外，即使在最大的系统尺寸下，我们也发现通量堆积效应会导致岛屿“反弹”，尽管存在允许快速瞬时重新连接的塌陷电流片。在大岛极限的平均重连率是缓慢的，但峰值重连率是快的。
2017-10-10 physics.geo-ph physics.plasm-ph
Two-dimensional particle-in-cell simulation of magnetic reconnection in the downstream of a quasi-perpendicular shock
本文利用二维粒子模拟方法研究了准垂直激波下游的磁重联。冲击波是非平稳的，并经历一个周期性的改造。重整过程开始时，激波阵面相对平坦，部分上游离子被激波阵面反射。反射离子在洛伦兹力的作用下向上运动，导致激波前沿脚处的磁场线向上弯曲，然后由于弯曲的磁场线的挤压而形成电流片。形成的电流片被太阳风带向冲击波阵面，冲击波阵面与电流片相互作用后变得不规则。由太阳风带来的电流片和与冲击波阵面相关的电流片都被分裂成许多小的附加电流片。当这些对流电流片对流进入下游时，其中几个可能发生电子尺度的磁重联，并产生磁岛。在X线周围还产生了强的重联电场和能量耗散，同时也形成了高速电子外流。
2021-08-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Ion and electron heating during magnetic reconnection in weakly collisional plasmas
通过回旋动力学模拟研究了强磁性、弱碰撞等离子体中离子和电子的磁重联和相关加热。它示出，相当数量的释放的磁能耗散产生（不可逆的）电子和离子加热通过相混合。电子加热主要局限于磁岛，而不是电流片，并发生在动力学重联阶段之后。离子加热仅在高β等离子体中与电子加热相当，并且由于有限的拉莫尔半径效应而导致平行相混合和垂直相混合;在空间中，离子加热局限于由电流片的不稳定性引起的次级岛（等离子体团）的内部。
2015-04-13 physics.plasm-ph
Suppression of collisionless magnetic reconnection in asymmetric current sheets
利用全动力学模拟，我们研究了在反磁漂移速度>>阿尔芬速度和磁剪切角适中的极限下，非对称重联的抑制。我们证明了电子和磁通量之间的滑移有利于重联，甚至可以导致快速重联，缺乏一个流出射流。通过比较的情况下，反磁漂移的温度梯度与同伴的情况下，有一个密度梯度，而不是支持，我们确定了一个强大的抑制机制。由于电流片的不对称性质和由此产生的撕裂模，x线的漂移被局部减慢，然后x线被快速移动的后续通量碾过并吞噬。
2016-02-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection Onset via Disruption of a Forming Current Sheet by the Tearing Instability
最近的认识，斯威特-帕克电流片是严重不稳定的二次撕裂（等离子体）不稳定性意味着这样的电流片不可能发生在真实的系统。这表明，为了理解磁重联的发生，需要考虑电流层形成时撕裂不稳定性的增长。这样的分析是在这里的背景下，非线性电阻MHD的一般的时间相关的平衡，代表一个逐渐形成的电流片。结果表明，两个发病制度，单岛和多岛，是可能的，取决于电流片形成的速率。一个简单的模型被用来计算这两个政权之间的过渡的标准，以及在那一刻的重联开始时间和电流片参数。对于典型的日冕参数，该模型产生的结果与观测一致。
2016-02-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three-dimensional spontaneous magnetic reconnection in neutral current sheets
通过可压缩磁流体动力学模拟研究了反平行均匀Harris电流片平衡中的磁重联，该电流片平衡最初被一个在所有三个维度上受限的增强电阻率区域扰动。可变电阻率，耦合到等离子体的动态的电子-离子漂移速度标准，在演变过程中使用。一个阶段的磁重联随时间放大，并导致喷发能量释放被触发，只有当初始扰动是强烈拉长的方向上的电流流动，或者如果异常电阻率的发病阈值显着低于在相应的二维情况下。一个类似Petschek的配置，然后建立了\sim 100阿尔芬倍，但仍然局限于第三维。随后，在系统的中心处发生拓扑改变为O形线（"二次撕裂“）。这导致增强的和随时间变化的重新连接，第二对沿O线定向的流出射流，并将重新连接过程扩展到第三维。高平行电流密度分量主要在电阻率增强区域附近产生。
1999-12-21 astro-ph physics.plasm-ph
Reconnection and particle acceleration in 3D current sheet evolution in moderately-magnetized astrophysical pair plasma
磁重联是一种将磁能转化为粒子动能的等离子体过程，常被用来解释脉冲星风星云和黑洞喷流等天体物理源中高能耀斑的磁能释放。重联通常被视为撕裂不稳定性破坏薄电流片的非线性演化（基本上是二维的）。为了测试这个过程在3D中是如何运作的，我们进行了一个全面的粒子模拟研究，比较了中等磁化、无碰撞、相对论热的电子-正电子等离子体中长而薄的电流片的2D和3D演化，并发现了巨大的差异。我们首先系统地描述了这个过程中的二维，经典的，分层的等离子体团链重连决定能量释放，并探讨了广泛的初始配置，引导磁场强度，和系统的大小。然后，我们表明，类似的配置的三维模拟表现出多样性的行为，包括一些能量释放是由非线性相对论漂移扭结不稳定性。因此，3D电流片的演变并不总是从根本上经典的重新连接与扰动的3D效果，而是一个复杂的相互作用的多个线性和非线性不稳定性，其相对重要性敏感地依赖于周围的等离子体，未成年人的配置细节，甚至随机事件。它通常产生比2D更慢但更持久的最终更大的磁能释放。有趣的是，非热粒子加速非常稳健，这取决于上游磁化和引导场，但在2D和3D中产生类似的粒子能量谱。虽然潜在的电流片行为的多样性是有趣的，但整体能量释放和粒子谱的相似性可能更显着。
2021-12-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Scaling of reconnection parameters in magnetic island coalescence: Role of in-plane shear flow
一个二维不可压缩粘流磁流体模型[Mahapatra et.例如，等离子体28，072103（2021）]被用来研究两个有趣的场景下的磁岛合并问题中的重联参数的标度。首先，在固定的系统尺寸改变岛半宽度的效果进行了研究。随着岛半宽的增加，总磁通量增加，导致上游磁场、上游速度场和非归一化重联率增加，而归一化重联率、下游磁场和电流片长度与之无关。有趣的是，重联率与电流片的上下游速度以及纵横比的倒数不同。与斯威特-帕克模型的结果相反。其次，研究了在岛宽度和系统尺寸固定的情况下，平面内剪切流的影响。计算了电流片的厚度和长度、上游磁场和速度场分量、重联率和时间、电流片倾角与剪切流长度尺度和振幅的关系。有趣的是，电流片和扩散区的倾斜角被发现是不同的。这些差异在更强的剪切流中更明显。这些结果与剪切流动的Harris片设置有显着不同。这些结果在地球磁层观测和聚变等离子体实验中具有潜在的应用价值。
2022-11-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnections in the presence of three-dimensional magnetic nulls and quasi-separatrix layers
利用三维磁流体动力学模拟方法研究了存在三维磁零点和准分界线层时的磁重联。初始磁场是通过在线性无力场上叠加两个不同幅度的均匀垂直磁场而产生的。数值盒的内部包含两个3D零值，其分界线圆顶由具有QSL的准分离器（或双曲通量管）分开。在第一次模拟中，均匀垂直场是如此之大，以至于零值位于低高度处，并且圆顶是分开的。最初不平衡的洛伦兹力驱动旋转流，形成强电流和强扭扇重联在三维零和弱QSL重联在双曲线通量管。在这两种情况下都观察到磁力线的翻转或滑动。在第二次模拟中，较弱的垂直场和较大的圆顶，分界线表面满足中央准分离器和他们的旋转驱动更强的QSL重联比以前。
2020-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamic evolution of current sheets, ideal tearing, plasmoid formation and generalized fractal reconnection scaling relations
磁重联可能是使储存在磁场中的能量突然释放的基本过程，太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）是典型的自然等离子体例子。磁重联是一个太慢的过程，在大尺度上是有效的，但一旦在系统中形成足够小的尺度，就会加速。由于这个原因，分形重联方案被引入（Shibata和Tanuma 2001）来解释太阳大气中的爆炸事件：它是基于递归触发和崩溃，通过撕裂不稳定性的电流片最初在日冕中的灯丝上升期间变薄。在这里，我们比较了不同的分形重联的情况下，已经提出，并推导出广义的递归触发的快速，“理想”-即伦德奎斯特数独立-撕裂崩溃的电流片配置与任意电流剖面形状。一个重要的结果是，Sweet-Parker标度与Lundquist数，如果解释为一个理想的不稳定片中的奇异层的纵横比，是通用的，并不依赖于当前的配置文件中的表的细节。然而，这样的缩放不能被解释为静止重连，而是它定义了一个步骤，在加速序列的事件的理想撕裂介导的分形级联。我们计算缩放等离子体团的预期数量为通用配置文件和现实的伦德奎斯特数。
2019-03-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of Plasmoid Reconnection during Magnetorotational Instability
通过对圆柱形几何中电阻性MHD方程的二维和三维数值模拟，研究了经历磁旋转不稳定性（MRI）的吸积流中电流片的演化。利用在垂直（$z$）方向上对准的初始均匀磁场，MRI产生径向延伸的环形（方位角）电流片。在2D和3D中，当轴对称模式占主导地位时，这些电流片相互吸引并在极向（$rz$）平面中合并，当Lundquist数$S > 3 \times 10^2$时驱动磁重联，使其成为吸积盘中等离子体团（闭合磁环）的可能来源。在高伦德奎斯特数的二维制度，从$S = 5 \times 10^3$，自洽MRI产生的电流片变得薄，并受到等离子体团不稳定性，因此自发的磁重联。当非轴对称三维模式占主导地位时，湍流使方位电流片进一步不稳定，并垂直拉伸。还形成了内部区域中的环形延伸的垂直电流片以及盘的外部区域中的较大的3D磁岛。这些发现对天体物理盘有很大的影响，因为等离子体团可能会导致局部加热，粒子加速和高能电磁辐射。
2021-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ion-Scale Current Sheets Embedded in Reconnection Jet Shear Layer of the Near-Sun Heliospheric Current Sheet
Chungbuk National University（忠北国立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；New Mexico Consortium（新墨西哥联盟）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
研究日球电流片中嵌入的离子尺度电流片及其与重联喷流边缘流动剪切层的关系，通过分析帕克太阳探测器观测数据，识别出多种类型的离子尺度电流片，揭示了重联喷流剪切层在多尺度结构形成中的作用。
2026-07-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle-in-Cell Simulations of Collisionless Magnetic Reconnection with a Non-Uniform Guide Field
结果提出的碰撞磁重联从最近发现的精确的非线性无力Vlasov-Maxwell平衡的第一次研究。初始状态在一个方向上具有哈里斯片磁场分布，在第二方向上具有非均匀引导场，导致空间恒定的磁场强度以及恒定的初始等离子体密度和等离子体压力。研究发现，重联过程最初类似于引导场重联，但随着系统的发展，会逐渐过渡到反平行重联。一些等离子体参数的时间演化进行了研究，并与模拟结果进行了比较，从哈里斯片平衡和哈里斯片加上恒定的引导场平衡。
2015-12-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three-Dimensional Magnetic Reconnection Spreading in Current Sheets of Non-Uniform Thickness
针对非均匀厚度电流片，推导了无碰撞反平行磁重联的三维扩展标度理论，发现从薄到厚区域扩展时速度按厚度比减慢，并通过3D双流体模拟验证，解释了磁层和太阳观测中扩展速度偏慢的现象。
2023-03-03 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection and Intermittent Turbulence in the Solar Wind
首次利用Wind航天器在1天文单位的现场测量结果，报道了太阳风中磁重联、电流片和间歇性湍流之间的统计关系。我们确定非高斯波动的磁场矢量，$\mathbf{B}$，这是空间和时间上不均匀的增量。发现重联事件和电流片集中在间歇性湍流的间隔中，使用增量的偏方差方法识别：在$\mathbf{B}$中最非高斯的1%波动内，我们发现87%-92%的重联耗尽和$\sim$ 9%的电流片。此外，随着从数据集中去除最小的间歇性波动，所识别的电流片也将对应于重连排气的可能性急剧增加。因此，湍流的太阳风包含了一系列的间歇性磁场结构，这些结构越来越多地与电流片相关联，而电流片又越来越有可能对应于磁重联的位置。这些结果可能对实验室和天体物理等离子体产生深远的影响，因为湍流和磁重联无处不在。
2014-03-18 physics.data-an physics.plasm-ph physics.space-ph
Thin current sheet formation: comparison between Earth's magnetotail and coronal streamers
磁力线重联是一个普遍的等离子体过程，它导致磁场拓扑结构的改变和磁场能量耗散转化为带电粒子的加热和加速。在许多系统中，导致磁重联的条件是由强电流薄层的重联前结构决定的--也称为薄电流片。在这项研究中，我们调查两个这样的系统：地球的磁尾和头盔流光在日华。重联前电流片的演变已在磁尾进行了深入的研究，在那里可以获得现场航天器观测;但头盔流光电流片的研究较少，由于缺乏现场观测-他们主要是研究与数值模拟和信息，可以推测从遥感仪器。两个系统表现出定性相同的行为，尽管他们有很大的不同马赫数，在日华比磁尾高得多。航天器数据（从磁尾）与数值模拟（头盔流光）的比较表明，预重联电流片变薄，在这两种情况下，主要是由等离子体压力梯度控制。两种系统的电流密度、磁场和压力梯度的标度律是相同的。我们讨论如何磁尾观测和动力学模拟可以用来提高我们的理解和建模的头盔流光电流片。
2022-05-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection in a Pinch
本文提出将电流片动态pinch的一维研究扩展至三维模拟，探讨等离子体beta等参数对无碰撞等离子体中磁场重联启用机制的影响。
2023-05-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Non-equilibrium Ionization Modeling of Petschek-type Shocks in Reconnecting Current Sheets in Solar Eruptions
当等离子体状态偏离电离平衡假设时，非平衡电离（NEI）是天体物理等离子体诊断的必要条件。在这项工作中，我们进行快速NEI计算结合磁流体动力学（MHD）模拟和分析的Petschek型磁重联电流片在太阳爆发期间的电离特性。我们的模拟揭示了Petschek型慢模冲击在经典的Spitzer热传导模型和传导通量限制的情况下。结果表明，在激波重联流出区和激波外围的热晕区普遍存在欠电离特征。偏离平衡电离强烈地依赖于等离子体密度。此外，这种偏离对可观察到的目标温度很敏感：高温铁离子受到NEI效应的强烈影响。电离不足也影响合成的SDO/AIA强度，这表明重建的热重联电流片结构的温度或表观宽度可能被显着低估。我们还对经典太阳耀斑几何中的重联电流片进行了MHD-NEI分析。最后，我们发现在重联电流片的下尖端，向下流出与闭合的磁回路碰撞，可以强烈地影响多个SDO/AIA带比沿重联电流片的电位反转之间的欠电离和过电离状态。
2022-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parker Solar Probe In-Situ Observations of Magnetic Reconnection Exhausts During Encounter 1
电流片中的磁重联将磁能转化为粒子能。这一过程可能对太阳附近的太阳风的加速和加热起着重要作用。帕克太阳探测器的观测为研究这个问题提供了一个新的机会，因为它在前所未有的近距离测量太阳的太阳风。在第一次轨道运行期间，PSP在35.7太阳半径处遇到了大量的通过近日点的太阳风电流片。我们对这些电流表进行了全面的调查，发现了21个重联排气的证据。这些排气在日光层电流片、日冕物质抛射和规则的太阳风中被观测到。然而，我们发现，在近日点附近遇到的大多数电流片，那里的磁场最强，等离子体β最低，是与爆发性径向喷流相关的Alfvénic结构，这些电流片似乎没有发生局部重联。我们研究了电流片周围的条件，以解决为什么一些电流片重新连接，而另一些没有。一个关键的区别似乎是跨电流片的等离子体速度剪切的程度：21次重联排气的中位速度剪切是阿尔夫文速度剪切的24%，而检查的43个阿尔夫文电流片的中位剪切是阿尔夫文速度剪切的71%。这一发现可能表明，大的，尽管是亚阿尔夫文的，速度剪切抑制重联。另一种解释是，阿尔夫维尼克电流片是孤立的旋转间断，不会发生局部重联。
2020-01-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Weibel Instability inside the Electron-Positron Harris Sheet
最近的电子-正电子重联的全粒子模拟表明，韦伯不稳定性在控制电流层的动力学和维持快速重联中起着积极的作用。一个四束模型的发展，探讨不稳定性的发展在一个狭窄的电流层特性的重联。问题归结为两个耦合的二阶微分方程，其增长的本征模通过渐近近似和有限差分方法得到。全粒子模拟证实了线性理论，并有助于探索非线性发展的不稳定性。重联流出射流中的电流层加宽与高速流动粒子在韦伯产生的平面外磁场中的散射有关。
2009-01-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Onset of Magnetic Reconnection in Dynamically Evolving Current Sheets
本文通过三维MHD模拟研究日冕动态变薄电流片中撕裂不稳定性触发的磁重联起始，发现其发生需不稳定性增长快于电流片变薄，且磁剪切量是关键开启参数，为利用可观测特征预测电流片破裂和磁能释放提供了依据。
2024-06-06 astro-ph.SR math-ph math.MP
Particle acceleration with Magnetic Reconnection in large scale RMHD simulations: I. Current sheet identification and characterization
本文提出并实现了一种在PLUTO代码中用于二维和三维大规模相对论磁流体力学模拟的电流片与磁重联位置识别表征算法，并通过追踪σ和β参数分布验证其适用于高效粒子加速研究。
2023-05-26 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.plasm-ph
Current amplification and magnetic reconnection at a 3D null point. I - Physical characteristics
本文研究了初位三维平衡磁零点的磁扰动行为。基本组成部分，构成了一个典型的干扰被认为是旋转和剪切，在以前的工作。的脊柱和风扇的零点（磁力线渐近的方法或从零后退）进行这种旋转和剪切扰动，使用三维磁流体动力学模拟。据发现，旋转的风扇平面和脊柱导致电流片，这是空间扩散在至少一个方向上，并形成在脊柱和风扇的位置。然而，剪切扰动导致3D局部电流片集中在零点本身。此外，旋转与平行于脊柱的电流的增长相关联，从而驱动旋转流和一种类型的旋转重连。另一方面，剪切导致电流通过平行于扇平面的零，并且与停滞型流动和穿过脊和扇的场线重连相关联。平行电场的重要性，其意义作为重联率，进行了讨论。
2007-01-19 astro-ph physics.plasm-ph
Onset of secondary instabilities and plasma heating during magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar atmosphere
在一个2.5维多流体等离子体中性反应模型中，数值研究了太阳低层大气（距太阳表面约$300-800$ ~km）弱电离等离子体中不同空间尺度和不同高度的磁重联.我们考虑了强磁化等离子体（$β\sim 6\% $）从无力的磁位形演化而来，并被扰动以初始化重联电流片的形成。在大尺度上，观察到产生的电流片进行二次“等离子体团”不稳定性。一系列不同尺度下的模拟结果显示了一个级联电流片形成过程，该过程终止于宽度约为2 m，长度为$\sim100$ ~m的电流片，对应于临界电流片纵横比为$\sim50$。我们还观察到，等离子体团的不稳定性是主要的物理机制加速磁重联在这个等离子体参数制度。在等离子体团不稳定性出现后，重联率急剧增加到$\sim$ 0.035，观察到与Lundquist数无关。这些特征与完全电离等离子体中的磁重联非常相似。在这个低$β$导场重联制度，重组和碰撞的影响被观察到有一个小的贡献重联率。模拟结果表明，在磁重联过程中，将稠密的弱电离光球等离子体加热到$2\times10^4$ ~K以上是困难的。然而，当重联磁场为$500$ ~G或更强时，低太阳色球层中的等离子体可以被加热到$3\times10^4$ ~K以上。
2018-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasmoid ejection and secondary current sheet generation from magnetic reconnection in laser-plasma interaction
Nilson { \it et al.}首次对激光与等离子体相互作用中自生磁场的重联进行了实验研究。[Phys. Rev. Lett. 97，255001（2006）]通过在固体靶层上相隔一定距离照射两个激光脉冲。在两个激光光斑之间的等离子体中观察到拉长的电流片（CS）。为了更紧密地模拟磁尾重联，这里使用了两个并排的薄靶层，而不是单个靶层。结果发现，在细长CS的一端，出现了一个扇形的电子流出区，包括三个准直电子喷流。喷流能量分布的（$>1$ MeV）尾部呈现幂律标度。增强的电子加速归因于在狭窄的电子主导的重联区域中的强感应电场，以及当它们被捕获在CS中形成并从CS中喷射的快速移动的等离子体团内时的附加加速。喷射还诱发了二次CS。
2012-03-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast Reconnection in High-Lundquist-Number Plasmas Due to Secondary Tearing Instabilities
大尺寸系统中的薄电流片超过临界值的Lundquist数是不稳定的超Alfvenic撕裂不稳定性。增长最快的不稳定性的增长率相对于伦德奎斯特数的缩放示出遵循从经典的撕裂模式的色散关系。由于这种不稳定性，该系统实现了一个非线性的重连率，似乎是弱依赖于Lundquist数，并大于Sweet-Parker率的数量级（对于考虑的Lundquist数的范围）。这种快速重联的制度似乎是可实现的动态和高度不稳定的薄电流片，而不需要电流片是湍流。
2009-09-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
