On the collisionless asymmetric magnetic reconnection rate
非对称重联中稳态重联电场的预测是通过使重联率最大化作为由上游磁场在弱磁场（磁鞘）侧所作的张开角的函数来获得的。在无碰撞极限下，预测在广泛研究的非对称重联模型[Cassak和Shay，Phys. Plasmas 14，102114，2007]的两倍内，并且它们在宽参数范围内缩放相同。以前的模型有一个自由参数的扩散区的有效纵横比，模拟和观察表明是在0.1的顺序，但本模型没有自由参数。结合对称情况[Liu等人，物理修订信函118，085101，2017]，这项工作进一步表明，这个几乎通用的数字0.1，基本上是归一化的快速重联率，是一个几何因子，由磁流体动力学（MHD）尺度约束内的重联率最大化而产生。
2017-11-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Investigation of the collisionless plasmoid instability based on gyrofluid and gyrokinetic integrated approach
本文通过对比回旋流体与回旋动理学模拟，研究了强导向场无碰撞等离子体中有限$β_e$对等离子体团不稳定性的影响，发现$β_e$效应促进等离子体团生长，并验证了回旋流体模型的预测能力。
2025-03-02 physics.plasm-ph
Kinetic turbulence in fast 3D collisionless guide-field magnetic reconnection
虽然湍流已被证实对磁重联很重要，但人们对它在无碰撞等离子体中的作用仍知之甚少。以前试图量化湍流对重联的影响时，通常采用阿尔文涨落或其他低频涨落，或者仅在二维构型和反平行磁场中研究无碰撞动力学效应。鉴于此，本文利用三维粒子模拟程序，在频率和波数空间分析了三维导场通过无力电流片重联自发产生的动力学湍流。我们的研究揭示了重联率和动力学湍流的功能类似于目前在现场的航天器观测MMS以及在实验室重联实验MRX，VTF和\textsc{Vineta} -II。特别是，我们发现，动力学湍流发展过程中的3D导场重联表现出宽带幂律频谱扩展超出低杂波频率和电子频率。在频率空间中，湍流的谱指数在重联X线处接近-2.8。在波数空间中，当归一化重联率达到0.1时，它也变为-2.8。宽带动力学湍流主要是由于在足够薄的动力学重联电流片中激发的电流流和电子流剪切不稳定性。动力学湍流的增长对应于高的重连率，超过那些快速层流，非湍流重连。
2018-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
System Size Dependence of Collisionless Reconnection Rate
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；National Aeronautics and Space Administration Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过粒子-网格和霍尔磁流体动力学模拟揭示碰撞less重联率并非普遍快速，其速率随系统规模增大而降低，表明碰撞less重联具有根本的规模依赖性。
2026-04-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-stage electron acceleration by 3D collisionless guide field magnetic reconnection
我们报道了一个新发现的在非相对论区域典型的三维无碰撞导场磁重联的X线附近电子加速的两阶段机制，例如，恒星日冕的研究我们发现电子在重联的线性增长过程中首先被预加速后，在三维导场磁重联的非线性阶段中被进一步加速。这种额外的加速度是由于由流动不稳定性引起的电场和磁场的叠加。除了增强的平行电场，双折射导致额外的曲率驱动的电子加速在引导场方向。其结果是，部分加速的电子光谱变成幂律，在X线附近的光谱指数为$\sim-1.6$。由于非线性重联引起的加速的第二阶段与高能电子的产生有关，例如，恒星日冕的薄电流片
2018-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless magnetic field reconnection from first principles: What it can and cannot do
从第一性原理出发，定性地推导了扩散区附近无碰撞磁场重联的基本概念。这种分析的一个结论是，在地球磁层或从太阳观测到的高能离子和电子在扩散区没有加速到观测到的能量。
2006-06-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Magnetic Reconnection via Alfven Eigenmodes
我们提出了一种分析方法，将无碰撞磁重联问题表述为Alfven本征模的产生和耗散过程。阿尔芬本征模受到电流片的限制，就像量子机械波受到双曲正切势的限制一样。重联的动力学时间尺度是系统尺度除以n=1模式的本征值传播速度。的n=1模式的预测显示出良好的协议与现场测量的重连接相关的霍尔领域。
2009-07-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle dynamics in the electron current layer in collisionless magnetic reconnection
利用粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联中电子流层中粒子的动力学行为。电子运动和速度分布函数的跟踪自洽轨迹进行了研究。发现了新的电子轨道类型：电子喷流内部的8字形规则轨道、喷流侧翼的非交叉规则轨道、非交叉Speiser轨道和喷流终止区域下游的非共沸电子。超阿尔夫文外流喷流的性质归因于电子穿过斯佩塞轨道的系综。非交叉轨道由电子电流层附近的极化电场介导。发现非交叉电子的数密度是不可忽略的。这些新的轨道的影响，电子混合，高能电子的空间分布，和观测签名，提出。
2016-08-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Critical Role of Collisionless Plasma Energization on the Structure of Relativistic Magnetic Reconnection
在磁主导的相对论重联，流入的等离子体耗尽的初始相对论压力在x线和碰撞等离子体加热内的扩散区域是不足以克服这种损失。由此产生的压降导致在x线处的塌陷，基本上是快速重连所需的扩散区域的局部化机制。这个低压区的扩展进一步解释了反平行重联的爆发性质，因为一旦打开流出排气也可以崩溃，这反复触发二次撕裂岛。然而，当存在外部引导场时，可以实现稳定的单个X线重连，因为重连磁场分量在流出处旋转出重连平面，从而提供额外的磁压力来维持打开的排气。
2019-10-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
The inner structure of collisionless magnetic reconnection: The electron-frame dissipation measure and Hall fields
最近提出，电子框架耗散测度，即在电子的静止框架中从电磁场到等离子体的能量转移，识别无碰撞磁重联的耗散区域[Zenitani等人，Phys. Rev. Lett. 106，195003（2011）]。该措施进一步应用到反平行重联的电子尺度结构，通过使用二维粒子在细胞（PIC）模拟。中心耗散区的大小由电子-离子质量比控制，这表明电子物理是必不可少的。一个狭窄的电子喷流沿着流出方向延伸，直到它到达电子冲击。喷流区似乎是反耗散的。在冲击下，电子加热与磁腔特征有关。结果总结到一个统一的图片的单一耗散区的霍尔磁几何形状。
2014-12-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Sub-Second Collisionless Gyrokinetic Eigenvalue Solutions via Orbit-Invariant Decomposition
Beijing VeloAlpha Technology Co., Ltd.（北京维洛阿尔法科技有限公司）；School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学核科学与技术学院）；School of Physics, Peking University（北京大学物理学院）
该研究提出轨道不变量分解方法，扩展MGK代码实现亚秒级无碰撞陀螺kinetic本征值求解，速度较CGYRO提升三个数量级以上，可高效用于聚变装置参数扫描与电磁模拟扩展。
2026-09-09 physics.plasm-ph
Three species collisionless reconnection: Effect of O+ on magnetotail reconnection
研究了由重粒子、质子和电子组成的三种等离子体中无碰撞重联的性质。除了通常的两个长度尺度存在于两个物种的重联，有两个额外的更大的长度尺度的系统：一个与“重哨声”，产生一个大规模的四极面外磁场，和一个与“重阿尔芬”波，可以减缓流出速度，从而重联率。重联的磁尾与O+人口存在的后果进行了讨论。
2004-09-13 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
The effects of strong temperature anisotropy on the kinetic structure of collisionless slow shocks and reconnection exhausts. Part II: Theory
对无碰撞斜向传播慢激波的模拟表明，存在与临界温度各向异性相关的转变，即δ =1-μ_0（P_parallel-P_vertical）/ B^2 = 0.25（Liu，Drake and Swisdak（2011））。本文基于各向异性流体理论，特别是各向异性导数非线性薛定谔-伯格斯方程，提出了对这种现象的解释，并给出了下游逆流离子能量封闭的直观模型。0.25的各向异性值是重要的，因为它与慢模式和中间模式的简并点密切相关，并且对应于在复合慢激波（SS）/旋转不连续（RD）波内部发生的共面到非共面过渡的下限。这项工作意味着，它是一对复合SS/RD波约束流出的磁重联，而不是一对开关慢冲击Petschek的模型。这一事实可能解释了Petschek重连相关的关闭慢冲击的现场观测的罕见性。
2011-04-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-scale structure of the electron dissipation region during collisionless magnetic reconnection
用PIC方法模拟了无碰撞磁重联，结果表明，电子耗散区沿流出方向呈现明显的双尺度结构.发现电子电流层的长度随着电子质量的减小而减小，接近质子-电子等离子体的离子惯性长度。然而，令人惊讶的是，电子形成了一个高速流出射流，该射流与磁场保持解耦，并从x线向下游延伸了很大的距离。在非常大的系统中，重联的速率仍然很快，与边界条件和电子质量无关。
2007-04-06 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
Signatures of Secondary Collisionless Magnetic Reconnection Driven by Kink Instability of a Flux Rope
利用三维粒子模拟方法研究了单磁通绳内扭结不稳定性下二次磁重联的动力学特征。次级磁重联的几个签名被确定在垂直于磁通绳的平面：四极电子和离子密度结构和双极霍尔磁场开发的重联区域附近。最强的电场垂直于局部磁场形成，并且在垂直于磁通绳的平面中识别出重联电场。电子流沿着重连线在与支持通量绳磁场结构的电子流相反的方向上发展。沿重联线方向，出现多个平行于磁场方向的电场双极结构，使磁重联区产生湍流。二次磁重联的特征可以帮助定位空间、天体物理和聚变等离子体中的磁重联事件。
2014-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR 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
Influence of the Hall effect and electron inertia in collisionless magnetic reconnection
在完全双流体MHD框架下研究了霍尔电流和电子惯性在无碰撞磁重联中的作用。在小于电子惯性长度的空间尺度上，磁场线的拓扑变化完全由于电子惯性而成为可能。假设平稳条件下，我们推导出一个理论缩放的重连率，这是简单的霍尔参数成正比。使用伪谱码没有耗散效应，我们的数值结果证实了这种理论标度。特别是，对于一系列不同的霍尔参数值，我们的数值计算结果表明，电流片的宽度是独立的霍尔参数，而其厚度的顺序的电子惯性范围，从而证实了稳态重联率是成比例的霍尔参数。
2015-09-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Suppression of the collisionless tearing mode by flow shear: implications for reconnection onset in the Alfvénic solar wind
本文分析强剪切流对无碰撞撕裂模的抑制效应，发现阿尔芬速度剪切流可完全稳定该模，并改变其标度行为，从而解释帕克太阳探测器观测到的近太阳阿尔芬太阳风中重联事件稀少。
2025-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron acceleration and heating in collisionless magnetic reconnection
利用Harris电流片的隐式动力学模拟结果讨论了无碰撞磁重联过程中电子的加速和加热。我们考虑和比较了不同β值的等离子体中的电子动力学，并进行了模拟的物理质量比。我们分析了电子通过重联区的典型轨迹，研究了电子的速度，重点研究了离面速度，并讨论了电子沿面内和离面方向的加热。
2003-05-06 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Reconnection in Magnetohydrodynamic and Kinetic Turbulence
最近有人提出（Loureiro & Boldyrev 2017; Mallet et et al. 2017），磁流体动力学（MHD）湍流中的惯性间隔在小尺度下不是由类似Kolmogorov的耗散区域终止，而是由撕裂不稳定性介导的新的亚惯性间隔终止。然而，许多天体物理等离子体几乎是无碰撞的，因此MHD近似不适用于小尺度的湍流。在这封信中，我们提出了扩展的理论的重联介导的湍流等离子体是如此弱的碰撞，发生在湍流涡旋的重联是由电子惯性，而不是电阻率。我们发现，重连介导的湍流的过渡尺度取决于等离子体β和等离子体湍流模型的假设。然而，在分析的所有情况下，在重新连接介导的间隔中的能谱范围从$E(k)dk\propto k^{-8/3}dk$到$E(k)dk\propto k^{-3}dk$。
2017-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Interplay Between Collisionless Magnetic Reconnection and Turbulence
本文从理论、数值和观测角度回顾了无碰撞等离子体中磁重联与湍流之间复杂的相互作用，重点介绍了 NASA 的 Magnetospheric Multiscale 任务在地球磁层关键区域提供的新见解。
2024-07-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The scaling of forced collisionless reconnection in two and three dimensions
本文采用双流体方法模拟了具有周期性边界的无碰撞三维立方体中有限电子惯性下的强迫磁重联。进行比较，以类似的二维（2D）模拟。在这个系统中的重新连接是由一个空间本地化的强制功能，被添加到计算域内的离子动量方程。与以前类似的结果一致，但更大的强制二维模拟[B。沙利文湾N. Rogers和M. A. Shay，Phys.Plasmas 12，122312（2005）]，对于足够强的强迫，发现重连过程在2D和3D中都变成Alfvenic，即，基于上游重连磁场，流入速度的比例大致类似于阿尔芬速度的某个分数，并且系统呈现具有0.15量级的耗散区域纵横比的稳定配置。
2009-06-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Cross-code gyrokinetic verification and benchmark on the linear collisionless dynamics of the geodesic acoustic mode
通过解析理论和回旋动力学数值模拟的比较，研究了托卡马克中测地声学模（GAM）的线性特性。被认为是依赖于安全因子的值，有限轨道宽度的离子的径向模式宽度，磁通量表面成形，和电子/离子质量比。等离子体分布的不均匀性（如密度，温度或安全系数），电磁效应，碰撞和少数物种的存在被忽略。此外，只考虑线性模拟，专注于本地动态。我们使用三种不同的gyrokinetic代码：拉格朗日（细胞中的粒子）代码ORB 5，欧拉代码GENE和半拉格朗日代码GYSELA。本文的主要目的之一是提供一个详细的比较的数值结果和分析理论，在制度，这是可能的。这有助于更好地理解线性GAM动力学在这些不同制度的行为，行为的代码，这是至关重要的，在未来的工作中，更多的物理是目前，和制度的有效性，每个特定的分析色散关系。
2017-05-18 physics.plasm-ph
A model of global magnetic reconnection rate in relativistic collisionless plasmas
建立了一个相对论无碰撞等离子体中整体磁重联率的模型，并通过全动力学模拟进行了验证。通过考虑扩散区上游和下游的力平衡，我们证明了在强磁化等离子体中，即使当局部速率达到$\sim O(1)$且局部流入速度接近光速时，全局速率仍受一个值$\sim 0.3$的约束.所导出的模型是通用的，可应用于各种情况下的磁重联。
2016-05-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Octupolar out-of-plane magnetic field structure generation during collisionless magnetic reconnection in a stressed X-point collapse
利用动力学、2.5维、全电磁、相对论粒子网格数值计算程序，在正方形网格上采用封闭（通量守恒）和开放边界条件，研究了在无碰撞、应力$X$点坍缩过程中，快速磁重联产生的面外磁场.发现在平面外磁场中的公知的四极结构获得四个相反磁极性的附加区域，在模拟盒的拐角附近出现，朝向$X$点移动。出现的外部磁场结构具有与内部四极结构相反的极性，从而导致整体八极结构。使用安培定律并在模拟域上对网格单元处定义的电子和离子电流进行积分，确定电子和离子电流对平面外磁场的贡献。相反磁极性的新兴区域被证明是离子电流的结果。磁八极结构被认为是一个签名的$X$点崩溃，而不是撕裂模式，并讨论了与潜在的发现在实验方案或航天器观测的因素。
2014-06-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-Regulation of Solar Coronal Heating Process via Collisionless Reconnection Condition
我提出了一个新的范式太阳日冕加热视为一个自我调节的过程，保持等离子体轻微碰撞。该机制是基于两个效应之间的耦合。首先，日冕密度控制等离子体的碰撞性，因此之间的缓慢碰撞Sweet-Parker和快速碰撞重联制度的过渡。反过来，日冕能量释放导致色球蒸发，增加密度，从而抑制新重新连接的环的后续重新连接。因此，从统计学上讲，密度在某个临界水平附近波动，与日冕中观察到的密度相当。从长远来看，日冕加热可以通过快速重连事件（纳米耀斑），蒸发事件和日冕等离子体的长期缓慢磁应力积累和辐射冷却的重复循环来表示。
2007-12-23 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of guide-field and boundary conditions on collisionless magnetic reconnection in a stressed X-point collapse
D的作品。Tsiklauri，T. Haruki，Phys. of Plasmas，15，102902（2008）和D. Tsiklauri和T. Haruki，Phys. of Plasmas，14，112905，（2007）通过包含面外磁场（引导）场而扩展。特别是，磁重联过程中的碰撞，强调$X$点崩溃不同的面外导场研究使用动力学，2.5维，完全电磁，相对论粒子在细胞的数值代码。研究了开边界条件和闭边界条件下的情况，其中磁通量和粒子分别是损失和守恒的。结果发现，重联率和平面外电流的$X$点增加更快，峰值更早在封闭的边界的情况下，但在开放的边界的情况下达到更高的值。归一化重连率快：0.10-0.25。在开放的边界的情况下，增加的引导场产量后发生在重联峰值率，而在封闭的边界的情况下，初始峰值率发生得更快，但被抑制。重联电流增加低导场，但随后类似地减少。在开边界情况下，对于平面内磁场量级的导场，会产生电子涡旋。涡流产生的可能原因，在扩散区和局部等离子体加热的颗粒的流动的基础上，进行了讨论。在峰重联开始之前，在$X$点的面外电场中发现振荡，频率范围从大约1到2 $ω_{pe}$，并且与振荡重联一致。这些振荡被发现是一个更大的波图案的一部分。映射平面外电场随时间的变化并应用2D傅立叶变换揭示了波主要对应于普通模式，并且可以对应于可观察到的无线电波，例如太阳射电爆发精细结构尖峰。
2013-12-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparison of secondary islands in collisional reconnection to Hall reconnection
大规模电阻霍尔磁流体动力学（Hall-MHD）模拟从Sweet-Parker（碰撞）到霍尔（无碰撞）磁重联的过渡，第一次从无碰撞效应中分离二次岛的影响。三个主要结果进行了说明。存在一种制度，其中二次岛发生无碰撞效应时，耗散区的厚度超过离子陀螺仪。次级岛的重联速率比Sweet-Parker快，但比Hall重联慢得多。这意味着次级岛屿不是最快重连率的原因。由于霍尔重联快得多，它的发生会导致次级岛从X线附近喷出。这些结果表明，大部分的能量释放发生在霍尔重联。日冕的应用进行了讨论。
2010-06-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Three dimensional density cavities in guide field collisionless magnetic reconnection
利用引导场进行无碰撞磁重联的粒子模拟首次揭示了沿磁重联分界线（即所谓的“空腔”）的低密度区域的三维特征。结果发现，结构与进一步较低的密度发展内的空腔。因为它们的外观类似于肋的形状，这些地层在这里被称为“低密度肋”。它们的位置在时间上保持大致固定，并且随着沿着空腔的电子流将它们排空，它们的密度逐渐减小。它们沿着磁场线发展，并由在空间振荡的强垂直电场支持。此外，沿低密度肋和磁场线的方向，在腔和流出等离子体之间形成作为隔离球的双极平行电场结构。
2012-03-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fast collisionless reconnection and electron heating in strongly magnetized plasmas
使用保留非等温电子动力学的新型流体动力学模型[Zocco & Schekochihin，Phys. Plasmas 18，102309（2011）]研究了强磁化（低β）、弱碰撞等离子体中的磁重联。结果表明，电子加热通过朗道阻尼（线性相位混合）是占主导地位的耗散机制。在时间上，电子加热发生在重联率的峰值之后;在空间上，它集中在磁岛的分界线上。对于足够大的系统，峰值重连率为$cE_{max}\approx 0.2v_AB_{y,0}$，其中$v_A$是基于重连字段$B_{y,0}$的阿尔文速度。岛的饱和宽度是相同的MHD模型，除了小系统，当它变得可比的动力学尺度。
2013-01-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The effects of strong temperature anisotropy on the kinetic structure of collisionless slow shocks and reconnection exhausts. Part I: PIC simulations
设计了一个二维Riemann问题来研究在重联排气边界处形成的慢激波的发展和动力学。对法向磁场与横向上游磁场的变化比率（即，相对于上游磁场的传播角）。当角度足够倾斜时，模拟显示下游区域存在较大的消防软管方向（P_平行>P_垂直）温度各向异性，并伴有从共面慢激波到非共面旋转模式的转变。在下游区域，消防水龙带稳定性参数ψ =1-mu_0（P_parallel-P_vertical）/ B^2趋于锁定在0.25。这种平衡是由逆流离子之间的竞争引起的，逆流离子驱动着湍流下降，而离子惯性尺度波的散射则被下游的旋转波驱动着不稳定。在非常倾斜的传播角，二维湍流也发展在下游区域。
2011-03-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Magnetic Reconnection in Space Plasmas
磁重联需要打破冻结条件，冻结条件将旋转的带电粒子与抑制扩散的磁场联系在一起。在近地空间，持续的重连被认为是激发亚暴、磁暴、产生场向电流及其后果、丰富极光现象的原因。它的理论认识现在即将完成。重接发生在薄电流片中。分析概念逐渐深入到微观尺度，即电子趋肤深度或惯性长度的尺度，认识到薄的电流层优先进行自发重连。当等离子体流入迫使厚电流层变薄时，厚电流层开始重新连接。近半个世纪以来，重联的物理机制一直是个谜。最近，航天器的原位观测结合二维和三维的复杂数值模拟澄清了这一迷雾，发现重联在重联点周围的电子惯性（也称为电子扩散）区域（X线）内产生了电流层的特定结构。重联的发生归因于电子惯性和阻力辅助下的电子压力张量的伪粘性贡献，产生了复杂结构的电子电流片、电场和沿电流层延伸的电子排气。本文综述了无碰撞重联的一般背景理论和数值模拟的最新进展。在篇幅有限的简短回顾中，不可能涵盖重新连接的整个领域。呈现必然是粗略的，由我们的品味，偏好和知识决定。只有少量的观察，以支持少数选定的数值模拟。
2014-01-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Can plasmoid-mediated reconnection occur in collisionless systems?
本文利用2.5维粒子模拟研究无碰撞系统中的次级等离子体团形成，发现真实质量比下无法形成次级等离子体团，且其对重联率无增强作用。
2025-07-16 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effective Resistivity in Collisionless Magnetic Reconnection
非对角电子雷诺应力是无碰撞等离子体中产生磁重联（MR）的主要原因，它能在磁场重联区产生较大的感应电场。然而，在磁流体动力学（MHD）模拟MR，很难实现完整的雷诺应力，这是动力学的性质。本文从粒子动力学第一性原理出发，提出了有效电阻率的理论模型。推导出的有效电阻率的理论公式进行了验证，通过全粒子模拟（PIC），并讨论了相应的物理。
2017-11-23 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic particle-in-cell simulations of internal kink instabilities
采用电磁回旋动力学粒子模拟程序（PIC）研究了直线托卡马克中的内扭结不稳定性。用PIC程序成功地模拟了理想MHD内扭结模和无碰撞$m = 1$撕裂模。抗磁效应的内部扭结模式也进行了研究。
2012-09-26 physics.plasm-ph
Discovery of double Hall pattern associated with collisionless magnetic reconnection in dusty plasmas
本文通过首次对含带负电尘埃颗粒的三组分等离子体进行全动力学模拟，发现由传统霍尔四极电流与反向霍尔电流构成的双霍尔结构，并分析了重联率，为解释行星磁层及天体物理现象提供依据。
2023-05-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effects of electron inertia in collisionless magnetic reconnection
在完全电离的氢等离子体中，考虑霍尔电流、电子压力和电子惯性的影响，在完全双流体MHD框架下研究了无碰撞磁重联.我们进行了2.5D模拟，使用伪谱码没有耗散效应。我们检查，理想的不变量的问题是保守的舍入误差。我们的结果表明，磁场线的拓扑结构的变化是完全由于电子惯性的存在。计算出的重连率仍然是阿尔文速度的一个合理的分数，因此有资格作为快速重连。
2014-06-30 physics.plasm-ph
Reconnection in Marginally Collisionless Accretion Disk Coronae
我们指出，一个传统的建设放在观测吸积黑洞，其中它们的非热X射线光谱产生的逆康普顿在日冕等离子体，表明等离子体是轻微碰撞。等离子体物理的最新发展表明，快速重联只发生在无碰撞等离子体中。正如最近对太阳日冕的研究所提出的，这种边缘状态可能是能量平衡和快速磁重联的要求相结合的结果。
2008-09-25 astro-ph physics.plasm-ph
Laboratory Study of Collisionless Magnetic Reconnection
本文综述近二十年无碰撞磁重联实验室实验及其与MMS空间观测的联系，总结扩散区结构、能量分配、动力学波和等离子体团多尺度重联等成果，并展望未来研究方向。
2023-07-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A new fast reconnection model in a collisionless regime
基于第一原则（即（i）用广义欧姆定律中包含电子压力张量非回旋分量的项来平衡磁场平流;（ii）利用质量守恒;以及（iii）假设弱磁场区域宽度，其中电子弯曲运动支持电子压力张量非对角（非回旋）分量的数量级为电子拉莫尔半径），建立了无碰撞区磁重联的一个简单模型。该模型是通用的，类似于其碰撞Sweet-Parker模拟，因为它不特定于任何初始配置，例如Harris型撕裂不稳定电流片，X点崩溃或其他。无碰撞重联模型除了从基本观点来看很重要之外，它还提供了比斯威特-帕克经典模型（M_sp=S^-1/2）快得多的重联速率（M_c 'less =（c/omega_pe）^2 /（r_L，e L））。在无碰撞区，扩散区（电流片）的宽度为delta_c 'less =（c/omega_pe）^2/r_L，e，它与整体重联尺度L无关，只由微观物理（电子惯性长度c/omega_pe和电子拉莫尔半径r_L，e）决定。在其他问题中，重联率的快速性使例如通过重联解释太阳耀斑的问题变得复杂，因为对于典型的日冕参数，所获得的无碰撞重联时间可以是几分钟，而不是Sweet-Parker的等效值<一天。将新的理论重连率与MRX装置实验数据进行比较[Yamada等人，Phys. Plasmas，13，052119（2006），Ji等人GRL，35，13106（2008）]，并且获得了良好的一致性。
2008-10-31 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless Magnetic Reconnection in Curved Spacetime and the Effect of Black Hole Rotation
采用保留了电子-离子和对等离子体无碰撞效应的广义相对论磁流体力学模型，研究了弯曲时空中的磁重联。通过对标准Sweet-Parker模型的简单推广，我们可以得到旋转黑洞引力场的一阶效应。结果表明，黑洞的旋转增加了方位角重联层的长度，导致重联率的降低。然而，当耦合到无碰撞的热惯性效应时，由于重连层的加宽，相对于在纯碰撞等离子体中会发生的情况，净重连率得到增强。这些发现确定了致密天体附近重力和无碰撞磁重联之间的潜在相互作用。
2018-01-18 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Disruption of Alfvénic turbulence by magnetic reconnection in a collisionless plasma
我们计算的破坏尺度$λ_{\rm D}$在动态对齐Alfvénic湍流的片状结构被破坏的磁重联在低$β$碰撞等离子体的发病。$λ_{\rm D}$的缩放取决于所考虑的统计的顺序，在更大的尺度上更密集的结构被破坏。主导能谱的结构的破坏尺度是$λ_{\rm D}\sim L_\perp^{1/9}(d_eρ_s)^{4/9}$，其中$d_e$是电子惯性尺度，$ρ_s$是离子声音尺度，而$L_\perp$是湍流的外部尺度。当$β_e$和$ρ_s/L_\perp$足够小时，尺度$λ_{\rm D}$大于$ρ_s$，并且在$λ_{\rm D}$而不是在$ρ_s$处的能谱中存在中断。我们提出，由破坏产生的波动是循环的通量绳，这可能已经在太阳风中观察到。我们预测这些结构的振幅和半径之间的关系，并量化的重要性的中断过程中的级联的未中断的结构的填充分数和分数减少的能量包含在它们中的离子声标度$ρ_s$。这两种组分都强烈依赖于$β_e$，在较低的$β_e$下，破坏的结构变得更加重要。最后，我们预测，$λ_{\rm D}$和$ρ_s$之间的能谱是陡峭的比$k_\perp^{-3}$，当这个范围存在。这种陡峭的“过渡范围”有时会在太阳风湍流的短时间间隔内观察到。因此，无碰撞磁重联的发生可能会显著影响离子陀螺仪周围等离子体湍流的性质。
2017-10-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Effect of Thermal Pressure on Collisionless Magnetic Reconnection Rate
无碰撞磁重联率的模拟是等离子体物理基础研究中的一个突出挑战。虽然在低$β$方案中经常报告$\mathcal{O}(0.1)$顺序的看似普遍的比率，但尚不清楚重新连接率如何与较高的血浆$β$成比例。由于压力张量的复杂性，现有的重连率模型仅限于低等离子体- $β$制度，其中的热压力可以忽略不计。然而，当$β\gtrsim \mathcal{O}(1)$。使用第一性原理动力学模拟，我们表明，随着$β$变大，重联率和流出速度都下降。考虑到扩散区周围力平衡中自生压力各向异性和压力梯度的影响，导出了一个简单的分析框架，解释了不同$β$条件下模拟中关键量和重联率的变化趋势.标准化重连率的预测比例是$β$上限中的$\simeq \mathcal{O}(0.1/\sqrt{β_{i0}})$，其中$β_{i0}$是流入血浆的离子$β$。
2021-04-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Short waves and cyclotron losses in the relativistic gyrokinetic theory
本文用协变回旋理论描述了相对论性光学薄等离子体中带电粒子运动的辐射阻尼。它涉及到无碰撞单粒子动力学的描述，以及弗拉索夫和麦克斯韦方程组都写在协变公式。由于刘维尔定理的条件失效，阻尼导致对粒子相空间轨迹的修正，以及对动力学方程本身的形式的修正。这两种效应的结果都与陀螺相位无关，陀螺相位被保留为可解释的变量。此外，还将协变陀螺动力学理论的适用范围扩展到零平行电场背景下的短波长扰动。该理论适用于描述磁化，相对论，碰撞等离子体的背景下，天体物理或实验室的问题。非uniquenes的gyrokinetic表示及其后果进行了讨论。
2004-08-30 physics.class-ph physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the tearing instability
线性陀螺动力学模拟涵盖碰撞-碰撞撕裂不稳定性的过渡制度。它示出的增长率缩放与碰撞同意以及由双流体理论预测的低等离子体β的情况下，离子动力学动力学可以忽略不计。电子波粒子相互作用（朗道阻尼），有限拉莫尔半径，和其他动力学效应无效的流体理论在无碰撞制度，其中一个一般的非多方状态方程的压力（温度）扰动应考虑。我们还改变了背景离子的比例，电子温度，并表明，从现有的计算预期的缩放可以恢复，但只有在非常低的β的限制。
2011-07-28 physics.plasm-ph
Fast Collisionless Reconnection Condition and Self-Organization of Solar Coronal Heating
我认为，太阳日冕加热是一个自我调节的过程，使日冕等离子体大致边缘碰撞。自我调节机制基于两种效应的相互作用。首先，等离子体密度控制日冕能量释放之间的过渡缓慢碰撞Sweet-Parker制度和快速碰撞重联制度。当Sweet-Parker层变得比特征无碰撞重联尺度更薄时，就会发生这种转变。根据上游等离子体密度（n_e）、重联（B_0）和引导（B_z）磁场分量以及重联层的整体长度（L），我提出了一个简单的判据：L <6.10^9 cm [n_e/（10 ^{10}/cm^3）]^（-3）（B_0/30 G）^4（B_0/B_z）^2。接下来，日冕能量释放通过重连通过色球蒸发提高了周围的等离子体密度，这反过来又暂时抑制了随后的重连，包括新重连的环。然而，随着时间的推移，辐射冷却逐渐降低密度再次低于临界值，快速重联再次成为可能。因此，密度是高度不均匀和间歇性的，但在统计上，并没有强烈偏离临界值，这是与观测到的日冕密度。因此，从长远来看，日冕加热过程可以通过由快速重连事件组成的重复循环来表示（即，纳米片），接着是快速蒸发事件，接着是相对长的时间（1小时），在此期间磁应力建立，同时等离子体冷却并沉淀。
2007-08-30 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of collisions on conservation laws in gyrokinetic field theory
基于回旋运动场论，研究了碰撞对环形等离子体守恒律的影响。关联的碰撞系统与相应的碰撞系统在一个给定的时间，使这两个系统具有相同的分布函数和电磁场瞬间，它示出了如何碰撞项修改的无碰撞守恒定律从诺特定理。在陀螺运动方程中加入外源项的影响可以用与碰撞效应类似的公式表示。利用一种新的回旋碰撞算符，系统地导出了包含碰撞和湍流输运通量的粒子、能量和环向动量平衡方程，并给出了回旋中心空间中能量和正则环向角动量的碰撞变化率的保守形式.在本工作中给出的粒子，能量和环形动量的整体平均输运方程，包括经典，新古典和湍流输运通量同意从传统的递归公式。
2015-08-11 physics.plasm-ph
Non-Maxwellian electron distribution functions due to self-generated turbulence in collisionless guide-field reconnection
非麦克斯韦电子速度空间分布函数（EVDF）是表征等离子体条件和无碰撞磁重联非局域结果的有效信号。在过去，EVDF主要是在反平行重联和垂直于重联平面方向的弱导场的影响下获得的。然而，EVDF对于依赖于较强引导磁场的倾斜（或分量）重联以及对于远离扩散区域的重联的排出（流出）区域还不是众所周知的。针对多航天器磁层多尺度任务（MMS），考虑自生湍流的反馈，推导了从小导场（$b_g\approx0$）到强导场（$b_g=8$）导场$b_g$对无碰撞磁重联的非麦克斯韦EVDF.为此，我们使用ACRONYM代码进行了2.5D全动力学Particle-in-Cell模拟。我们得到了各向异性的EVDFs和电子束沿分界线以及在排气区的重联。光束是各向异性的，在垂直于而不是平行于局部磁场的方向上具有较高的温度。电子束在与背景电子相反的方向上传播并引起不稳定性。我们还得到了相对电子束漂移速度，阈值和由此产生的流不稳定性，包括强烈的非线性饱和的自生等离子体湍流的属性的引导场的依赖性。这种湍流及其非线性反馈导致非绝热平行电子加速和EVDF远远超出准线性近似的限制，产生相空间空穴和各向同性俯仰角散射。
2016-10-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Gyrokinetic and kinetic particle-in-cell simulations of guide-field reconnection. I: Macroscopic effects of the electron flows
在这项工作中，我们比较了在强引导场的限制下，磁重联的回旋动力学（GK）和完全动力学的粒子模拟（PIC）。特别是，我们分析了GK等离子体模型的适用性的限制相比，一个完全动力学描述的力自由电流片有限的引导字段（$b_g$）。在这里，我们报告的第一部分的扩展比较，侧重于电子流的宏观效应。对于一个低β等离子体（$β_i=0.01$），它表明，这两个等离子体模型开发磁重联与类似的功能，在二次磁岛，如果一个足够高的引导场（$b_g\gtrsim 30$）施加在动力学PIC模拟。在这些区域之外，在靠近X点的分界线中，两种等离子体描述之间的收敛限制较少（$b_g\gtrsim 5$）。使用引导场$b_g \lesssim 30$的动力学PIC模拟揭示了具有核心磁场的次级磁岛，并且与具有更强引导场的GK或动力学PIC运行相比，次级磁岛内部的能量更少。我们发现，这些过程主要是由于初始剪切流不存在的GK初始化和动力学PIC高引导场制度中可以忽略不计，除了快速流出的离子热速度的顺序，违反GK订购。由于次级磁岛出现在重联峰时间之后，因此动力学PIC/GK比较在磁重联的线性阶段更准确。对于重联率和波动水平降低的高β等离子体（$β_i=1.0$），在完全动力学描述中，类似的过程发生在次级磁岛中，但需要低得多的引导场（$b_g\lesssim 3$）。
2015-08-18 physics.plasm-ph
Observation of explosive collisionless reconnection in 3D nonlinear gyrofluid simulations
在三维回旋流体模型的框架下，研究了无碰撞重联模的非线性动力学。这是高温等离子体的相关制度，其中重连是可能的电子惯性，并具有更高的增长率比电阻重连。在背景平板模型中，假设存在强引导场，在非均匀方向上具有Dirichlet边界条件。考虑了远小于电流层宽度的离子声回旋半径和电子无碰撞趋肤深度。强加速增长被发现在发病的非线性，而在任何时候的能量泛函是很好地保存。当进入小- $Δ'$状态时，观察到比线性增长率高一个数量级以上的非线性增长率。
2011-11-25 physics.plasm-ph
Collisionless magnetic reconnection in a plasmoid chain
利用二维Particle-in-Cell模拟方法研究了等离子体团链形成和演化的动力学特征。磁重联是由撕裂不稳定性在多个X点引发的。胞质团通过连续聚结而形成并在尺寸上增长。每一个链状等离子体团都有一个强的面外核心磁场和一个驱动聚结过程的面外电子流。聚结过程中X点的消失是由于反重联，即等离子体流入和流出相对于原始重联流型反向的磁重联。抗重联的特征在于霍尔磁场四极签名。两个新的动力学特征，没有报告的等离子体团链的演化，在这里揭示。首先，强烈的电场在垂直于分界面的平面内发展，并驱动等离子体团中的离子动力学。第二，几个双极电场结构被定位在等离子体团链附近。电子分布函数和相空间的分析揭示了逆流电子束的存在，不稳定的两个流的不稳定性，和相空间电子空穴沿重联分离。
2012-02-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterizing Velocity-Space Signatures of Electron Energization in Large-Guide-Field Collisionless Magnetic Reconnection
磁重联对无碰撞等离子体中磁能的释放和粒子的碰撞起着重要的作用。无碰撞磁重联中的能量转移本质上是一个两步过程：电场对粒子的可逆、无碰撞，随后是该能量的碰撞热化，导致不可逆的等离子体加热。利用回旋动力学数值模拟方法研究了二维强引导场无碰撞磁重联中电子自旋的第一步，并首次给出了场-粒子关联（FPC）特征的例子.我们确定这些速度空间签名在x点和排气中，重联几何的区域中，电子的碰撞主要发生。对这些速度空间特征的建模表明，在强引导场限制下，电子的重连通过平行电场对平面外电子流的体加速而发生，平行电场驱动重连，这是重连的非共振机制。我们探讨这些速度空间签名的变化在等离子体β范围$0.01 \le β_i \le 1$。我们的分析超越了等离子体动力学的流体图像，并利用排气区的电子束的动力学特征，提出了一个单点诊断，它可以潜在地识别使用航天器观测的重连排气区。
2021-12-13 physics.plasm-ph
Nonlinear Explosive Magnetic Reconnection in a Collisionless System
半个多世纪以来，围绕磁重联引起的快速磁能耗散的争论一直是等离子体宇宙中的一个基本话题，不仅在地球的磁层中，而且在脉冲星磁层和磁星等天体中。最近，非热粒子加速和等离子体加热过程中的重联已被广泛研究，有人认为，快速的能量耗散可以发生碰撞的“薄”电流片，其厚度的顺序的粒子回旋半径。然而，对于厚度大于粒子回旋半径的“厚”电流片，如何发生快速的能量耗散是一个有趣的谜。在这里，我们证明，使用一个高分辨率的粒子在细胞中的模拟对等离子体，爆炸性的重联可以出现的惯性电阻率的增强，由于重联磁场和电流片的收缩的曲折粒子的磁化。此外，无论电流片的初始厚度如何，非线性爆炸重联的时间尺度都是Alfvén渡越时间的几十倍。
2021-05-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
