Nonlinear Acceleration Mechanism of Collisionless Magnetic Reconnection
为了理解托卡马克放电中的磁重联坍缩，研究了无碰撞等离子体中快速磁重联的机制。利用能量原理首次对电子惯性驱动下撕裂模的非线性增长进行了解析估计。在非线性制度（其中岛的宽度超过电子趋肤深度）的势能的减少被发现是陡峭的比在线性制度，导致加速的重联。这种理想流体运动释放的自由能导致不稳定的强对流，这在理论上证实了惯性驱动的碰撞坍塌模型[D. Biskamp和J.F. Drake，Phys. Rev. Lett. 73，971（1994）]。
2012-10-02 physics.plasm-ph
Temperature gradient driven heat flux closure in fluid simulations of collisionless reconnection
最近的努力，包括动力学效应的流体模拟等离子体已经非常有前途。关于无碰撞的磁重联，以前已经发现，在某些情况下，将压力张量阻尼到各向同性会导致与动力学运行的良好一致性。在Wang等人的一项研究（Phys. Plasmas，第22卷，2015年，012108）中，通过Hammett和Perkins的早期工作（PRL，第64卷，1990年，3019年）获得了重连中动力学效应的准确表示。在这里，他们的方法进行了分析的基础上的热通量数据从弗拉索夫模拟。因此，我们提出了一个新的局部封闭，其中热通量是由温度梯度驱动的。这样，实现了在无碰撞状态下的朗道阻尼的更现实的近似。以前的问题得到解决，并在不同的重连设置与动力学模拟的协议显着改善。据作者所知，新的流体模型是第一个在模拟大型磁岛合并方面表现良好的模型。
2018-01-23 physics.plasm-ph
Nonlinear variational method for predicting fast collisionless magnetic reconnection
为了理解托卡马克放电中的磁塌缩，利用冷离子和电子的双流体模型研究了无碰撞等离子体中快速磁重联的机制。利用能量原理和非线性位移映射，对电子惯性引起的撕裂模的爆炸性增长进行了解析估计。在非线性制度（其中岛的宽度超过电子趋肤深度）的势能的减少被发现是陡峭的比在线性制度，导致加速重联。这种流体位移释放的势能导致不稳定的强对流，这是不阻尼的高温托卡马克等离子体中的小耗散效应。平板几何的直接数值模拟证实了非线性增长的理论预测。
2013-04-30 physics.plasm-ph
Marginally Stable Current Sheets in Collisionless Magnetic Reconnection
在磁重联的非线性发展过程中形成的非碰撞电流片的特征在于具有小的厚度，其数量级为电子趋肤深度。它们可以变得不稳定，形成等离子体团，这使得磁重联过程达到高重联率。在这项工作中，我们调查的等离子体团的发展时，形成的电流片是纯粹的无碰撞，并在一个强大的引导场的存在下的边缘稳定性条件。我们分析的几何特征的重连电流片，是什么促使其伸长。一旦重连电流片形成，我们确定的制度，它是等离子体团不稳定。我们的研究表明，等离子体团可以得到，在这种情况下，从电流片的纵横比远小于在碰撞制度，和边缘稳定的电流层的等离子体流动通道保持$0.1$的逆纵横比。
2022-10-08 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
Flow Crossover and Parallel Outflow during Collisionless Magnetic Reconnection
该研究借助标记粒子来源的PIC模拟，揭示无碰撞磁重联中两侧入流交叉越过中平面并形成平行出流的普遍机制。
2025-09-29 physics.plasm-ph
Explosive Turbulent Magnetic Reconnection
我们报告的湍流磁重联的模拟结果获得使用一个新开发的哈罗德平均磁流体力学模型。我们发现，最初的哈里斯电流片发展在三个方面，这取决于湍流的强度：层流重联，湍流重联，和湍流扩散。湍流重联将磁场能量爆炸性地转化为等离子体的动能和热能，并产生开放的快速重联喷流。这种快速的湍流重联是通过湍流扩散的局部化实现的。此外，通过平均场和湍流的相互作用，局域结构形成。
2013-05-29 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Hamiltonian formulation and analysis of a collisionless fluid reconnection model
给出了描述无碰撞重联的等离子体四场流体模型的哈密顿量公式。该公式是非正则的，有一个相应的Lie-Poisson括号。括号是用来获得新的独立的家庭的不变量，所谓的卡西米尔不变量，其中三个是直接相关的拉格朗日不变量的系统。Casimirs用于获得平衡方程的变分原理，该平衡方程将Grad-Shafranov方程推广到包括流动。偶极和均匀平衡的构造。后者的线性动力学详细处理的哈密顿上下文中：正则共轭变量得到的色散关系进行了分析，并获得精确的阈值谱稳定性;规范的变换到规范形式描述;一个明确的定义，负能量模式;和阈值足够的能量卡西米尔稳定性得到。哈密顿公式也被用来获得无碰撞电导率的表达式，它进一步被用来描述的线性增长和非线性饱和的无碰撞撕裂模式。
2008-02-26 physics.plasm-ph
Comparison between resistive and collisionless double tearing modes for nearby resonant surfaces
线性不稳定性和非线性动力学的碰撞（电阻）和碰撞（由于电子惯性）双撕裂模式（DTM）的比较与使用的一个简化的圆柱模型的托卡马克等离子体。我们专注于两个q = 2谐振表面位于一个小的距离分开的情况下。研究发现，无论是磁重联机制、电阻率还是电子惯性，增长最快的线性本征模都可能具有高的极向模数m ~ 10。在无碰撞的情况下，不稳定模的谱趋于更宽。在非线性制度，它示出，在这两种情况下，快速增长的高m DTM导致涉及小磁岛结构的环形崩溃。此外，由于无碰撞重连的可逆性和强ExB流，无碰撞DTM表现出多个重连循环。无碰撞重联导致一个饱和的稳定状态，而在碰撞的情况下，电阻衰减保持系统弱动态驱动它回到不稳定的平衡保持源项。
2007-04-05 physics.plasm-ph
Gyrofluid simulations of collisionless reconnection in the presence of diamagnetic effects
本文采用哈密顿回旋流体模型，通过数值模拟研究了离子Larmor半径对磁重联的影响。在线性区，离子抗磁效应降低了主模的增长率。离子温度的升高使磁岛向离子抗磁漂移方向扩展。在非线性区域，抗磁效应减小了岛的最终宽度。与电子密度不同，导向中心密度不倾向于沿分界线分布，在高离子温度下，静电势呈现出与电子密度相关的小尺度结构和与离子导向中心密度相关的大尺度结构的叠加。
2011-09-01 physics.plasm-ph
On the ions acceleration via collisionless magnetic reconnection in laboratory plasmas
这项工作提出了一个分析的离子流出磁重联在整个完全动力学模拟与典型的实验室等离子体值。在电流片上考虑了密度和磁场的对称初始配置。在分析了一组九个模拟的行为与减少的质量比和置换值的三个初始电子温度和磁场强度，最佳的离子加速方案进一步研究了与现实的质量比的离子动力学和能量预算。有趣的是，一系列的冲击波结构中观察到的流出，类似于最近的磁流体动力学（MHD）模拟中发现的激波不连续性。在几个距离的重联点的离子流出的分析，根据可能的实验室应用。分析表明，磁重联可用作等离子体加速的工具，其应用范围从电推进到离子热束的产生。
2016-10-28 physics.plasm-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
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
Effective resistivity for magnetohydrodynamic simulation of collisionless magnetic reconnection
本文将含带电粒子动力学的有效电阻率模型应用于无引导场无碰撞磁重联的2.5维MHD与Hall MHD模拟，显著提升重联率并使结构与PIC及混合模拟吻合。
2025-06-10 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
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
Guide Field Dependence of 3D X-Line Spreading During Collisionless Magnetic Reconnection
理论论证和大规模的双流体模拟被用来研究重联X线的扩展定位在电流的方向作为一个函数的面外（引导）磁场的强度。结果表明，弱导场和强导场的扩散机制不同。在弱引导场限制下，扩散是由于载流子的运动，如已经预先建立的。然而，强导场的传播是双向的，并且是由于沿导场的阿尔文波的激发。一般来说，我们认为X线是双向传播的，其速度取决于每个方向的两种机制中较快的一种。预测的强度的引导场的扩展机制的变化，制定和验证与三维模拟。讨论了太阳能、磁层和实验室应用。
2012-08-14 physics.plasm-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
New Measure of the Dissipation Region in Collisionless Magnetic Reconnection
提出了一种新的识别无碰撞磁重联中小尺度耗散区的方法。在电子静止坐标系中，从电磁场到等离子体的能量转移被表述为洛伦兹不变标量。在典型的配置：对称和不对称的重联，有和没有引导字段的二维粒子在细胞中的模拟测试的措施。在所有情况下，重连位点周围的最内部区域都被精确定位。我们进一步讨论了非理想MHD耗散的影响。
2011-05-11 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
Energy transfer and electron energization in collisionless magnetic reconnection for different guide-field intensities
在无碰撞重联过程中，电子动力学和磁场耗散是磁场耗散的重要组成部分。在磁重联的二维数值模拟中，限制电流密度并提供有效耗散的主要机制最有可能是电子压力张量项，该项已被证明在x点处打破冻结条件。此外，电子弯曲轨道尺度控制着电子耗散区的宽度，在最近的磁层多尺度观测和实验室实验中，如磁重联实验（MRX），都观测到电子温度增加。利用开放系统中的二维全粒子模拟，研究了能量转换和粒子数随导场强度的变化规律。我们研究了从磁场到等离子体的能量转移，${\bf E}\cdot {\bf J}$和阈值引导场分离两个制度，其中平行分量，$E_{||}J_{||}$，或垂直分量，${\bf E}_{\perp}\cdot {\bf J}_{\perp}$，占主导地位的能量转移，确认最近的MRX结果，也与MMS观测一致。我们计算了场之间的能量分配，动能，和热能的不同物种，从电子到离子尺度，显示有不同的引导场配置没有显着的变化。最后，我们研究了电子垂直加热的可能机制，通过检查电子分布函数和自洽演变的粒子轨道在高引导场配置。
2018-12-03 physics.plasm-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
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
Simulation of Fast Magnetic Reconnection using a Two-Fluid Model of Collisionless Pair Plasma without Anomalous Resistivity
UW-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文首次在无异常电阻的无碰撞对等离子体流体模型中，通过各向异性绝热双流体模型和各向同性松弛机制，证明了磁零点附近的快速磁重联。
2010-10-01 cs.NA math.NA physics.plasm-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
Counter-streaming heat-flux closure for electron-only collisionless magnetic reconnection
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Universidade de Lisboa（里斯本大学）
研究仅电子无碰撞磁重联中电子热通量问题，通过粒子模拟找到其物理起源是电流片两侧电子亚群反向流，据此提出新流体闭合，能在低参数时准确捕捉相关物理量，实现高效流体建模。
2026-07-09 physics.plasm-ph
Scaling of magnetic reconnection in relativistic collisionless plasmas
利用全动力学模拟，研究了无碰撞磁重联的流入速度从非相对论极限到超相对论极限的标度。在反平行配置中，流入速度随着上游磁化参数$σ$而增加，并且当$σ> O(100)$时接近光速，从而导致增强的重连率。在所有区域中，压力张量的发散是打破x线冻结条件的主要因素。所观察到的缩放同意一个简单的模型，占洛伦兹收缩的等离子体通过扩散区。结果表明，扩散区的纵横比在非相对论和相对论极限下都保持$\sim 0.1$。
2014-10-13 astro-ph.HE 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
Vlasov simulations of collisionless magnetic reconnection without background density
模拟无碰撞重联的一个标准起点是哈里斯平衡，它由一个电流片组成，该电流片将两个相反的磁场区域分开。磁流体动力学模拟无碰撞重联通常包括一个均匀的背景密度的原因，数值稳定性。虽然在某些情况下，这是一个现实的假设，但背景密度可能会引入新的影响，这是由于分布函数的结构更加复杂，或者由于阿尔文速度在远离当前片的地方仍然是有限的。我们提出了一个完全动力学Vlasov模拟扰动哈里斯平衡使用Vlasov代码。选择参数以匹配地球空间环境建模（GEM）磁重联挑战，但不包括背景密度。这允许与包括背景密度的早期模拟[Schmitz，Grauer，Phys. Plasmas 13（2006）092309]进行比较。结果发现，背景密度的情况下，导致重联率较高。另一方面，直到重新连接开始的时间几乎不受影响。再次的非对角元素的压力张量被发现是重要的X-线，但修改的重要性，为个别条款。
2006-12-08 physics.comp-ph physics.plasm-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
Effective resistivity in relativistic collisionless plasmoid-mediated reconnection
本文通过PIC模拟研究相对论无碰撞等离子体团介导重联，发现非理想电场由非回旋热压力梯度驱动，并提出局域有效电阻率模型，为重联高能辐射的全局建模提供物理基础。
2025-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle acceleration in explosive relativistic reconnection events and Crab Nebula gamma-ray flares
我们建立了一个由高磁化相对论等离子体中的磁重联事件引起的蟹状星云γ射线耀斑模型。我们首先讨论蟹状星云的物理参数，回顾脉冲星风和终端激波理论。我们还回顾了爆炸性重联事件中粒子加速的主要观点（Lyutikov等人，2017 a，b）。在星云的高磁化区域，产生耀斑的粒子必须被加速。耀斑起源于蟹状星云极流底部的向极区域，那里的磁化强度和磁场强度都足够高。终止后的激波流发展宏观（不相关的趋肤深度尺度上的等离子体特性）扭结型不稳定性。由此产生的大尺度磁应力驱动重联区的光交叉时间上的爆炸重联事件。耀斑产生于当前片发展的初始阶段，在X点坍缩期间。该模型具有蟹状耀斑所需的所有成分：高磁化区域的自然形成，光旅行时间的爆炸动力学，宏观尺度上高电场的发展以及粒子加速到远远超过每个粒子平均磁能的能量。
2018-05-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Gyrofluid analysis of electron $β_e$ effects on collisionless reconnection
基于双场哈密顿陀螺流体模型，分析了强引导场作用下无碰撞等离子体撕裂不稳定性的线性和非线性演化。该模型适用于低离子温度和有限的$β_e$。有限$β_e$效应意味着沿导场方向的磁扰动和电子有限拉莫尔半径效应。一个哈密顿推导模型。推导了$β_e=0$情形下撕裂不稳定性的新色散关系，并与数值模拟结果进行了比较。对于$β_e \ll 1$的平衡电子温度被认为是提高线性增长率，而我们观察到的稳定作用时，电子有限拉莫尔半径的影响变得更加相关。在非线性阶段，观察到一个双“快于指数”的增长，类似于在离子有限拉莫尔半径效应的存在下发生的。能量转移进行了分析，并与模型的Casimir不变量的守恒律进行了讨论。数值模拟似乎表明，有限的$β_e$效果不产生定性的修改与卡西米尔模型的拉格朗日不变量的结构。
2021-10-06 physics.plasm-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
Collisionless Magnetic Reconnection in a Five-Moment Two-Fluid Electron-Positron Plasma
University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
使用各向同性压力的无碰撞双流体模型模拟电子-正电子等离子体磁重联，发现缺乏数值扩散时不会发生快速重联，与存在霍尔效应或各向异性压力的情形形成对比。
2008-12-03 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
A Lagrangian kinetic model for collisionless magnetic reconnection
提出了一个新的全动力学系统来模拟无碰撞磁重联。该公式依赖于拉格朗日动力学的基本原理，其中在拉格朗日表达式中忽略了电子平均流的惯性，而不是在运动方程中强制零电子质量。这是在将电子速度分成其平均和波动部分时完成的，因此后者自然产生相应的压力张量。该模型表现出一个新的科里奥利力项，它出现在电子动力学的框架的变化。然后，如果忽略电子热通量，强电子磁化极限产生一个混合模型，其中电子压力张量被冻结到电子平均速度。
2012-12-11 nlin.CD physics.plasm-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
Seeds for collisionless reconnection
一种静止的、二维的、非驱动的反平行磁场结构，由一个中心电流膜组成，两侧是两个电子惯性尺度的非磁畴，类似于约瑟夫森模型。Landau-Ginsburg条件适用于方向相反的外部磁场的边界，其源位于无穷远处。在微观水平上，足够大的磁岛和X点是由少量基本磁通量的交换形成的，而不涉及任何等离子体不稳定性，在这些尺度上，这些不稳定性纯粹是静电的。这些可以作为种子点燃大规模的无碰撞重联。
2019-10-22 astro-ph.SR 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
Unraveling the Trigger Mechanism of Explosive Reconnection in Partially Ionized Solar Plasma
本文通过2.5维MHD模拟揭示部分电离太阳等离子体中磁重联从等离子体团介导阶段向爆炸性快速重联转变的触发机制，发现主X点辐射冷却导致的气压耗竭和磁扩散增强使重联率从约0.02跃升至0.06以上。
2024-07-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle acceleration in explosive relativistic reconnection events and Crab Nebula gamma-ray flares
我们发展了一个相对论性磁主导等离子体中爆炸性重联事件的粒子加速模型，并将其应用于解释蟹状星云的伽马射线耀斑。该模型依赖于电流驱动的宏观尺度上的不稳定性的发展（不相关的等离子体趋肤深度）。利用解析和数值方法（流体和粒子模拟），我们研究了相对论性磁支配等离子体中的一些模型问题：（i）我们将Syrovatsky的经典X点爆炸坍缩模型推广到磁支配等离子体;（ii）我们考虑了二维无力磁通量管系统的不稳定性;（iii）我们考虑了两个零极向电流磁通量管的合并.在所有情况下，自发和驱动的演变制度进行了调查。我们确定了两个阶段的粒子加速：（i）快速爆炸提示X点崩溃和（ii）随后的岛屿合并。最快的加速度发生在灾难性的X点坍缩的初始阶段，重联电场的数量级为磁场。重联的爆炸阶段产生非热幂律尾，其斜率取决于平均磁化强度。X点坍缩阶段之后是磁岛合并，在强制重联的状态下耗散了大部分初始磁能，进一步加速了粒子，但以较慢的重联速率进行。蟹状耀斑是由中极区星云主体中产生的磁通量管的磁岛合并的初始爆炸阶段造成的。在弱磁化的风场中，激波后等离子体流自然产生大尺度的强磁化结构。内部扭结状的不稳定性导致宏观载流磁通量管爆炸合并的形成。
2016-03-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Driven Collisionless Reconnection of Force-free Flux Tubes: From Onset to Coalescence
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气物理研究所）
研究通过二维粒子-细胞模拟，探讨了驱动无碰撞重联和等离子体束形成的过程，发现电流片厚度与皮肤深度相当，长宽比A大于30时等离子体链发展，重联率约为0.1。
2025-09-16 hep-th 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
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
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
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
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
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
Numerical comparison between a Gyrofluid and Gyrokinetic model investigating collisionless magnetic reconnection
第一次详细比较了无碰撞磁重联的回旋动力学和回旋流体模拟。分析了无碰撞撕裂模的线性和非线性演化。在线性政权，我们已经发现了一个很好的协议，在整个频谱的线性不稳定波数，无论是在漂移动力学限制和有限的离子温度之间的两种方法。非线性地，以小$Δ'$区为研究对象，以$Δ'$为标准撕裂稳定性参数，比较了相关的观测量，如岛宽的演化和饱和，以及饱和相的岛振荡频率，结果基本一致，只是在中等高的$Δ'$值下，饱和岛宽的值有很小的差异.因此，在这里研究的制度，陀螺流体的方法可以描述碰撞重联过程以及更完整的陀螺动力学模型。
2014-06-05 astro-ph.SR physics.comp-ph 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
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
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
