Magnetic reconnection, plasmoids and numerical resolution
本文通过高分辨率数值模拟表明 plasmoid instability 对数值分辨率高度敏感，在充分分辨条件下即使高 Lundquist 数也不出现，从而质疑其作为快速磁重联机制的解释。
2024-06-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Plasmoid instability in the semi-collisional regime
我们调查分析和数值计算的半碰撞制度的等离子体团不稳定性，定义的不等式$δ_{SP} \gg ρ_s \gg δ_{in}$，其中$δ_{SP}$是斯威特帕克电流片的宽度，$ρ_S$是离子的声音拉莫尔半径，和$δ_{in}$是边界层的宽度，出现在等离子体团不稳定性分析。理论上，如果伦德奎斯特数$S$和当前片$L$的长度使得$(L/ρ_S)^{14/9} < S <(L/ρ_S)^2$（对于类正弦磁位形;对于哈里斯型片，下限用$(L/ρ_S)^{8/5}$代替），则预测存在该区域。这些界限通过使用简化的陀螺动力学模型（Zocco & Schekochihin，$\it{Physics~of~Plasmas}$，${\bf 18}$，2011）的模拟进行数值验证，该模型使用代码$\tt{Viriato}$进行。重要的是，据推测，这种机制允许在相对较低的、实验上可以达到的伦德奎斯特数值下形成等离子体团。我们的模拟获得等离子体团不稳定的$S$值低至$\sim 250$。模拟不规定的Sweet-Parker片，而是形成自洽的初始撕裂模式配置的非线性演化过程中。这证明了等离子体团不稳定性的这种状态是可实现的，至少在当前专用实验可获得的相对较低的Lundquist数值下。
2018-09-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The plasmoid instability during asymmetric inflow magnetic reconnection
等离子体团不稳定性的理论研究通常假设重联磁场是对称的。我们放松这个假设，进行二维电阻磁流体动力学模拟的等离子体团不稳定性在非对称流入磁重联。磁不对称性改变了这种不稳定性的发生、缩放和动力学。磁岛优先发展到弱磁场上游区域。从单个X点流出的射流斜向撞击等离子体团，而不是像对称情况下那样直接撞击。因此，由流出射流到等离子体团的动量沉积效率较低，等离子体团发展净涡度，并且剪切流减慢了岛屿之间的二次合并。二次合并事件沿流入和流出方向具有不对称性。在磁场不对称的情况下，下游等离子体更加湍流，因为岛在离开电流片后能够彼此滚动。在对称的情况下，等离子体团的形成有利于更快的重联至少小和中等的磁不对称性。然而，当上游磁场强度相差四倍时，重连率稳定在比根据缩放对称结果所预期的值更低的值。我们进行了参数研究，调查发病的等离子体团不稳定性作为一个功能的磁不对称性和域的大小。存在对称模拟是稳定的但不对称模拟是不稳定的域大小，这表明适度的磁不对称性在某种程度上是不稳定的。我们讨论了在太阳爆发，实验室重联实验，和空间等离子体等离子体团和磁通绳形成的影响。对称和非对称模拟之间的差异提供了一些线索，关于三维等离子体团不稳定性的性质。
2013-05-15 physics.plasm-ph
Plasmoid Instability in Forming Current Sheets
等离子体团不稳定性的出现彻底改变了我们对天体物理环境中磁重联的认识。通过防止高度拉长的重连层的形成，这对于实现许多天体物理现象所特有的快速能量转换率至关重要。以前的研究大多集中在Sweet-Parker电流片上，然而，这在典型的天体物理系统中是无法实现的。在这里，我们推导出一套一般的标度律的等离子体团不稳定性的电阻和粘阻电流片，随着时间的推移而演变。我们的方法依赖于一个原则，最少的时间，使我们能够确定的属性的重连电流片（纵横比和经过的时间）和等离子体团不稳定性（增长率，波数，内层宽度）在结束时的线性阶段。在这个阶段之后，重新连接的电流片被中断，并且可以发生快速重新连接。等离子体团不稳定性的标度律是\emph{not}简单的幂律，并依赖于Lundquist数（$S$）、磁Prandt数（$P_m$）、系统噪声（$ψ_0$）、电流片演化的特征速率（$1/τ$）以及减薄过程.我们还表明，以前的标度是不适用于绝大多数的天体物理系统。我们探讨了在天体物理系统，如太阳日冕和星际介质的新的标度关系的影响。在这两个系统中，我们表明，我们的标度律产生的值的增长率，波数和纵横比，是远远小于甜帕克的缩放。
2017-07-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Plasmoid Instability in Evolving Current Sheets and Onset of Fast Reconnection
斯威特-帕克电流片$γ_{max}\sim S^{1/4}$中等离子体团不稳定性最大线性增长率相对于伦德奎斯特数$S$的缩放表明，在高$S$下，电流片将在接近斯威特-帕克宽度之前破裂。因此，对等离子体团不稳定性的描述必须结合电流片的演化过程。我们进行了一系列的二维模拟和诊断，以分离波动从不断变化的背景。据发现，波动幅度开始增长，只有当线性增长率足够大（$γ_{max}τ_{A}>O(1)$），以克服对流损失。线性增长率继续上升，直到等离子体团的大小变得与撕裂模式的内层宽度相当。此时，电流片被破坏，不稳定性进入早期非线性区域。增长率突然下降，但波动幅度继续增长，直到达到非线性饱和。我们确定了重要的时间尺度的不稳定发展，以及缩放的线性增长率，电流片宽度，并在电流片中断占主导地位的波数。这些缩放不仅取决于伦德奎斯特数，而且还取决于初始噪声幅度。提出了一种唯象模型，再现模拟结果的缩放。该模型采用了重连流出的效果，这是至关重要的产生一个临界伦德奎斯特数$S_{c}$以下的中断不会发生。临界伦德奎斯特数$S_{c}$不是恒定值，但对噪声幅度具有弱依赖性。
2017-10-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Scalings Pertaining to Current Sheet Disruption Mediated by the Plasmoid Instability
解析标度关系推导出的现象模型的等离子体团不稳定性在不断发展的电流片，包括重联流出的影响。两种情况被认为是，其中的等离子体团不稳定性可以被触发的注入初始扰动或系统的自然噪声（这里称为系统噪声）。这两种情况导致了不同的标度关系，因为当等离子体团不稳定性的线性增长不足以克服重联流出引起的平流损失时，初始噪声会衰减，而系统噪声代表系统中最低水平的波动。对破裂时电流片宽度的首阶近似采用幂律乘以对数因子的形式，并由此得到主模的波数和线性增长率的标度关系。当外流的影响被忽略时，标度关系同意，到领先的顺序近似，与以前推导的标度关系的基础上的原则，最少的时间。用数值解验证了解析标度关系的正确性。
2019-09-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasmoids formation during simulations of coaxial helicity injection in the National Spherical Torus Experiment
在没有任何预先存在的不稳定性的情况下，通过模拟在大规模环形聚变等离子体中首次预测了细长的Sweet-Parker电流片的形成和向等离子体团不稳定性的转变。通过对美国国家球形环实验（NSTX）中的瞬态同轴螺旋注入（CHI）实验的电阻MHD模拟，证实了等离子体团不稳定性，并与理论一致地观察到了等离子体团不稳定性的基本特征，包括快速重联率。受模拟的启发，实验相机图像已被重新访问，并建议在NSTX中存在重新连接的等离子体团。这里观察到的全球系统大小的等离子体团形成也应该对天体物理学的重连有很强的影响，例如快速爆发的太阳事件。
2022-03-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Instability of current sheets and formation of plasmoid chains
发现在磁重联事件中形成的电流片对高波数扰动是不稳定的。不稳定性非常快：它的最大增长率为S^{1/4} v_A/L，其中L是板的长度，v_A是阿尔芬速度，S是伦德奎斯特数。结果，形成了一系列的等离子体团（次级岛），其数量为S^{3/8}。
2007-11-02 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection mediated by hyper-resistive plasmoid instability
用线性分析和非线性模拟方法研究了高阻等离子体团不稳定性引起的磁重联。发现线性增长率与$S_{H}^{1/6}$相对于超电阻Lundquist数$S_{H}\equiv L^{3}V_{A}/η_{H}$成比例，其中$L$是系统尺寸，$V_{A}$是阿尔文速度，$η_{H}$是超电阻率。在非线性区域，重联率变得几乎不依赖于$S_{H}$，等离子体团的数量与$S_{H}^{1/2}$成比例，次级电流片的长度和宽度都与$S_{H}^{-1/2}$成比例。这些缩放是一致的启发式参数假设二次电流片接近边际稳定。等离子体团的分布作为封闭的通量$ψ$的函数被发现服从$ψ^{-1}$幂律在一个扩展的范围内，随后由大的等离子体团的快速下降。这些结果进行了比较与电阻磁流体动力学研究。
2013-08-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Visco-Resistive Plasmoid Instability
在线性和非线性区域分析了粘阻电流片中的等离子体团不稳定性。线性增长率和波数被发现作为$S^{1/4} {\left( {1 + {P_m}} \right)}^{-5/8}$和$S^{3/8} {\left( {1 + {P_m}} \right)}^{-3/16}$相对于伦德奎斯特数$S$和磁性普朗特数$P_m$的比例。此外，线性层宽度被示出为按比例缩放为$S^{-1/8} {(1+P_m)}^{1/16}$。当等离子体团进入非线性区域时，其增长从指数增长减慢到代数增长。特别地，发现等离子体团的非线性生长的时间尺度是$τ_{NL} \sim S^{-3/16} {(1 + P_m)^{19/32}}{τ_{A,L}}$。等离子体团的非线性增长是从根本上不同于线性的，它被证明是必不可少的，以了解全球电流片中断。还讨论了等离子体团不稳定性如何使粘阻等离子体中的快速磁场重联。特别是，它表明，递归等离子体团的形成可以触发碰撞的重联制度，如果$S \gtrsim L_{cs} {(ε_c l_k)^{-1}} {(1 + {P_m})^{1/2}}$，其中$L_{cs}$是全球电流片的一半长度和$l_k$是相关的动力学长度尺度。另一方面，如果电流片保持在碰撞制度，全球（时间平均）的重联率被证明是$\left\langle {{{\left. {dψ/dt} \right|}_X}} \ri…
2016-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasmoid Instability in High-Lundquist-Number Magnetic Reconnection
近年来，我们对电阻磁流体力学中磁重联的认识发生了根本性的变化。传统观点认为，在层流高伦德奎斯特（$S$）等离子体中，由电阻率介导的磁重联是缓慢的，受到Sweet-Parker理论预测的重联率的缩放的限制。然而，最近的研究表明，当$S$超过一个临界值$\sim10^{4}$时，Sweet-Parker电流片不稳定到超阿尔夫文等离子体团不稳定性，线性增长率与$S^{1/4}$成比例。在充分发展的统计稳态的二维电阻磁流体动力学模拟，归一化的平均重联率约为0.01，几乎独立于$S$，和分布函数$f(ψ)$的等离子体磁通量$ψ$遵循幂律$f(ψ)\simψ^{-1}$。当包含霍尔效应时，等离子体团不稳定性可能触发霍尔重联的发生，即使不满足传统的发生判据。丰富多样的可能的重联动力学组织在一个相图的框架。
2013-02-08 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph
Investigation of the collisionless plasmoid instability based on gyrofluid and gyrokinetic integrated approach
本文通过对比回旋流体与回旋动理学模拟，研究了强导向场无碰撞等离子体中有限$β_e$对等离子体团不稳定性的影响，发现$β_e$效应促进等离子体团生长，并验证了回旋流体模型的预测能力。
2025-03-02 physics.plasm-ph
On the growth rate of plasmoid chains during nonlinear viscoresistive evolution of the tilt instability
通过二维不可压缩磁流体动力学（MHD）数值模拟，研究了当Lundquist数S超过临界值时，由等离子体团链的形成所支持的快速碰撞磁重联机制的起始阶段。本研究扩展了以前的结果，在磁性普朗特数Pm = 1（巴蒂2020年）的范围内不同的Pm值。我们使用FINMHD代码，其中一组减少的粘阻MHD方程被用来形成两个准奇异电流层作为倾斜不稳定性的结果。结果加强的结论，即，一个阶段的突然超Alfvenic增长（当Pm不是太高）的等离子体链获得，之前的静止阶段在电流片形成在一个较慢的Alfvenic时间尺度。我们比较我们的结果与预测的等离子体团不稳定性的一般理论。我们还讨论了这一发病阶段的重要性，以达到随后的随机时间依赖性的重联制度，在那里获得一个快速的时间平均速率独立的S。最后，我们简要地讨论了我们的结果的相关性，解释耀斑活动在太阳日冕和托卡马克的内部中断。
2020-07-20 astro-ph.SR hep-th physics.plasm-ph
Magnetic reconnection and plasmoid formation driven by the two-dimensional resistive kink instability in a current hole configuration
我们调查的非线性演化的$m = 1$电阻内部扭结模式在一个二维（2D）配置包含一个中心区域的负电流密度，也被称为“电流孔”设置。有限元程序FINMHD用于求解一组简化的不可压缩磁流体动力学（MHD）方程与电流涡公式。首先，扭结不稳定性线性发展与电阻性内部扭结模式的一般理论一致，并随后导致电流片的形成。在相对较低的伦德奎斯特数$S$，磁重联过程进行的速度预测的斯威特帕克制度。相反，当$S$超过一个临界值，即$S_c \simeq 10^4$时，电流片会被稍低于阿尔文时间尺度的等离子体团的形成所破坏。在后一种情况下，一个随机重联制度表现出Petshek型功能丰富的等离子体团达到。还测量了$0.02$阶的相对快的归一化重连率值。最后，我们比较我们的结果与那些在类似的2D以前的研究中使用理想的MHD不稳定性启动的过程，并讨论其相关的等离子体链的形成和相关的快速重联制度的一般理论。
2020-10-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasmoid and Kelvin-Helmholtz instabilities in Sweet-Parker current sheets
本文在约化磁流体动力学的框架下发展了Sweet-Parker（SP）电流片不稳定性的二维线性理论。考虑到一般的平衡配置文件上的流出坐标的依赖性进行本地分析。恢复了等离子体团不稳定性[Loureiro等人，Phys. Plasmas { \bf 14}，100703（2007）]，即，电流片对于形成大波数的等离子体团链（$k_{\rm max}\Lsheet \sim S^{3/8}$，其中$k_{\rm max}$是最快增长模式的波数，$S=\Lsheet V_A/η$是伦德奎斯特数，$\Lsheet$是片的长度，$V_A$是阿尔文速度，$η$是等离子体电阻率）是不稳定的，其生长超阿尔文快（$\gmaxτ_A\sim S^{1/4}$，其中$\gmax$是最大生长速率，以及$τ_A=\Lsheet/V_A$）。对于典型的背景轮廓，增长率和波数被发现{ \it增加}在流出方向。这是由于存在另一种模式，即开尔文-亥姆霍兹（KH）不稳定性，它在层的外围触发，其中流出速度超过与上游磁场相关的阿尔文速度。KH不稳定性的增长甚至比等离子体团不稳定性$\gmax τ_A \sim k_{\rm max} \Lsheet\sim S^{1/2}$更快。粘度（$ν$）对等离子体团不稳定性的影响也得到了解决。在大磁普朗特数$Pm=ν/η$的极限下，发现了$\gmax\sim S^{1/4}Pm^{-5…
2012-08-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effects of the non-uniform initial environment and the guide field on the plasmoid instability
通过2.5维电阻磁流体动力学（MHD）模拟研究了非均匀初始质量密度和温度对等离子体团不稳定性的影响。结果表明，当电流片中心的初始等离子体密度高于上游区域时，等离子体团不稳定性的发展被明显阻止。因此，中心处的等离子体密度越高，上游区域的等离子体$β$越低，触发二次不稳定性所需的临界Lundquist数越高。当为$β=0.2$时，临界Lundquist数大于$10^4$。对于相同的伦德奎斯特数，磁重联率较低的等离子体$β$的情况下。而当初始质量密度较均匀且Lundquist数较小时，低等离子体$β$的磁重联率较高.对于初始质量密度均匀的高Lundquist数情形（$>10^4$），磁重联不受初始等离子体$β$和温度分布的影响。我们的研究结果表明，在电阻MHD中，引导场对等离子体团不稳定性的影响是有限的。
2013-07-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Formation of plasmoid chains and fast magnetic reconnection during nonlinear evolution of the tilt instability
通过二维不可压缩磁流体动力学（MHD）数值模拟，研究了当Lundquist数$S$超过一个临界值（磁普朗特数，$P_m = 1$）时，等离子体团链形成所支持的快速碰撞磁重联机制.最近开发的特征Galerkin有限元代码，FINMHD，这是专门为此目的而设计的，在一个减少粘阻MHD框架，采用。与以前的研究相反，选择了不同的初始设置的两个排斥电流通道，以形成两个准奇异电流层上的Alfvénic时间尺度的倾斜不稳定性的结果。如果是$S < 5 \times 10^3$，则随后的稳态重连过程是通过经典Sweet-Parker模型预测的速率标度为$S^{-1/2}$获得的。否则，发生随机的时间依赖性重连状态，具有独立于$S$的快速时间平均速率，并且具有$0.014$的归一化值。后一种机制是由两条等离子体团链的形成触发的，这些等离子体团链破坏了电流片，并在静止阶段之后突然发生超阿尔夫文生长，这与Comisso等人提出的等离子体团不稳定性的一般理论一致[Phys. Plasmas 23，100702（2016）]。此外，非单调依赖的等离子体团增长率与$S$以下的渐近递减对数律在无限$S$ -极限被证实。我们还密切比较我们的结果，以评估机制的一般性，在发展过程中获得的合并不稳定设置。最后，我们简要地讨论了我们的结果的相关性，解释耀斑活动在太阳日冕和托卡马克的内部中断。
2020-02-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Coalescence Instability in Chromospheric Partially Ionised Plasmas
快速磁重联在驱动太阳色球层的爆炸动力学和加热中起着基础性的作用。传统模型的重联时间尺度在合并不稳定性开始时被缩短，通过等离子体团相互作用形成湍流重联电流片。在这项工作中，我们的目标是调查的作用，部分电离的快速重联的发展，通过研究的聚结不稳定性的等离子体团。与发生在完全电离的日冕等离子体中的过程不同，对于色球层部分电离等离子体中重连的发展速度，我们知之甚少。我们提出了2.5D的数值模拟聚结等离子体团在一个单一的流体磁流体动力学（MHD）模型，和一个双流体模型的部分电离等离子体（PIP）。我们发现，在PIP模型中，它具有相同的总密度的MHD模型，但初始等离子体密度两个数量级较小，等离子体团合并的速度比MHD的情况下，更快的减薄的电流片和二次等离子体团动力学。在PIP模型中形成次级类质团，其中有效Lundquist数为$S = 7.8 \cdot 10^3$，但在MHD情况下不存在，其中$S = 9.7 \cdot 10^3$：这些是导致更剧烈重连的原因。二次等离子体团也形成在线性稳定的条件下，作为流入的中性粒子的非线性动力学的结果。根据这些结果，我们可以肯定，双流体效应在太阳色球层中发生的过程中起着重要作用。
2021-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Auroral signatures of ballooning instability and plasmoid formation processes in the near-Earth magnetotail
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Calgary（卡尔加里大学）
研究通过模拟和观测对比，验证了近地磁尾中气球不稳定性及等离子体体形成过程与极光特征的关联，为子暴起始机制提供了新的视角。
2026-02-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Magnetohydrodynamic Reconnection Mediated by the Plasmoid Instability
已经确定，在高伦德奎斯特数重联的Sweet-Parker电流层是不稳定的超Alfvénic等离子体团不稳定性。过去的二维磁流体动力学模拟表明，等离子体团不稳定性导致一个新的制度，Sweet-Parker电流层的变化，成为一个链的等离子体团连接的次级电流片，和平均重联率变得几乎独立的Lundquist数。在这项工作中，三维模拟与指导领域表明，额外的自由度允许等离子体团不稳定性增长的斜角，相互作用，导致自生湍流重联。自生湍流状态下的平均重联率是特征阿尔文速度的百分之一，这与二维结果相似，但比最近外部驱动三维湍流重联研究中报道的最快重联率低一个数量级。运动能和磁能涨落都沿局部磁场方向形成细长的涡旋，这是各向异性磁流体动力学湍流的特征。这两种能量波动在惯性范围内满足幂律谱，其中磁能谱指数在从$-2.3$到$-2.1$的范围内，而动能谱指数稍微陡峭，在从$-2.5$到$-2.3$的范围内。湍流涡旋的各向异性被发现是几乎与尺度无关的，在由均匀磁场渗透的均匀等离子体中的各向异性湍流的Goldreich-Sridhar理论的预测相反。
2015-12-04 physics.plasm-ph
Thermally enhanced tearing in solar current sheets: explosive reconnection with plasmoid-trapped condensations
在耀斑相关的电流片，撕裂不稳定性可能会触发爆炸性重联和等离子体团的形成。我们探讨了如何通过爆炸性重联过程，其特征在于形成的等离子体团的相互作用和陷阱冷凝等离子体的热和撕裂模式相互加强在太阳日冕中的电流片的碎片。我们使用电阻磁流体动力学（MHD）模拟的二维电流层，将光学薄辐射能量损失和背景加热的非绝热效应，使用\texttt{MPI-AMRVAC}。我们的参数调查探讨了不同的折射率和等离子体- $β$量化的不稳定性增长率的线性和非线性制度。我们注意到，对于$10^{-4} - 5 \times 10^{-3}$内的无量纲电阻率值，我们得到了热不稳定性和撕裂行为相互加强的爆炸行为。这显然低于纯电阻爆炸等离子体团形成的通常临界伦德奎斯特数范围。非线性增长率遵循弱幂律依赖与电阻率。在演化的非线性阶段，由于热不稳定性和撕裂不稳定性，电流片的碎裂和等离子体团的形成。在Lundquist数（$S_L$）范围$4.6 \times 10^3 - 2.34 \times 10^5$内注意到等离子体团的形成。我们量化的时间变化的等离子体团的数量和密度填充因子的等离子体团为不同的物理条件。我们还发现最大等离子体团数的尺度为$S_L^{0.223}$。在非线性聚合的等离子体团链中，局部的冷凝结聚集，实现了类似于日冕雨或日冕对流的密度和温度对比。
2022-08-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional plasmoid-mediated reconnection and turbulence in Hall magnetohydrodynamics
本文研究霍尔MHD中三维等离子体团介导重联，发现三维条件下单X线重联比二维更不易发生，且在特定Lundquist数和尺度比下可实现自生湍流重联，并分析了其能谱与各向异性特征。
2024-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Unsupervised classification of fully kinetic simulations of plasmoid instability using Self-Organizing Maps (SOMs)
Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Lancaster University（兰卡斯特大学）；Cockcroft Institute（科克罗夫特研究所）
本文将基于 SOM 的无监督聚类用于等离子体团不稳定性完全动力学模拟，可准确识别关键物理区域，并有望服务于观测分析与自适应多模型耦合模拟。
2023-04-26 cs.LG cs.NE physics.plasm-ph
Turbulent Plasmoid Reconnection
等离子体团不稳定性可能导致通过长电流片（CS）的快速磁重联。众所周知，大雷诺数的等离子体容易成为湍流。我们解决的问题是否湍流增强的等离子体团不稳定电流片的能量转换率。我们进行适当的数值MHD模拟，但同时解决相关的大尺度（平均）场和相应的小尺度，湍流，数量通过直接数值模拟（DNS）是不可能的。因此，我们利用亚网格尺度（SGS）湍流模型研究了小尺度湍流对大尺度MHD过程的影响。我们验证了我们的SGS模型的适用性，然后用它来研究湍流对等离子体团不稳定性的影响。我们开始与哈里斯型和无力CS平衡在垂直于重联平面的方向上的一个有限的引导场的存在下的模拟。我们使用DNS的结果来研究等离子体团不稳定性的增长。能量和交叉螺旋度由于湍流获得的平均场的高斯滤波公式从雷诺平均湍流模型。研究了湍流对等离子体团不稳定性重联率的影响。为了验证SGS模型的预测，电动势（${\bf\cal{E}}$）计算通过过滤获得的粗数据，并与SGS模型进行比较。相对于引导场方向的对称性破坏导致湍流螺旋度，这减小了表观湍流电阻率的影响。引导场等离子体团重联的重联率降低归因于与湍流相关的不同物理效应之间的平衡。
2016-05-02 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
Observational Signatures of Tearing Instability in the Current Sheet of a Solar Flare
磁重联是各种天体物理现象中将磁能转化为等离子体能和粒子能的基本物理过程。在这封信中，我们展示了一个独特的太阳耀斑数据集，其中各种等离子体团是由一个不断拉伸的电流片形成的。EUV图像捕捉到了重连流入、流出，特别是重复出现的等离子体团（等离子体团）。X射线图像揭示了电流片下端的非热发射源，可能是捕获了足够数量的高能电子的大等离子体团。在射电域，观测到一个向上缓慢漂移的脉动结构，随后是一对罕见的反向漂移结构。这些结构被认为是映射的演化的初级和次级等离子体团形成的电流片。我们对不同位置和尺度的等离子体团的研究结果揭示了湍流电流片中的动力学、等离子体加热、粒子加速和输运过程，并为级联磁重联过程提供了观测证据。
2022-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Triggering physical plasmoids in forming current sheets: conditions and diagnostics
Observatoire Astronomique de Strasbourg, Université de Strasbourg, CNRS, UMR 7550（斯特拉斯堡天文台，斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心，联合研究单位7550）
研究通过伪谱代码探讨触发电流片中等离子体体不稳定性条件，发现需扰动幅度超过临界值且包含不稳定波数，通过连续噪声注入验证，结果与Comisso等理论一致，解决先前矛盾。
2026-06-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Influence of 3D plasmoid dynamics on the transition from collisional to kinetic reconnection
在电阻磁流体动力学模型中，高伦德奎斯特数重联层对等离子体团不稳定性是不稳定的，导致湍流演化，其中重联率可以独立于底层电阻率。然而，这些结果的物理相关性在许多应用中仍然值得怀疑。首先，重联电场通常远高于失控极限，这意味着碰撞电阻率是无效的。此外，理论和模拟表明，等离子体团的形成可能会迅速引起过渡到动力学尺度，由于薄电流片的形成。在这里，这个问题是第一次研究使用第一性原理动力学模拟与福克-普朗克碰撞算子在3D中。低- $β$重连电流层迅速变薄，由于焦耳加热之前的斜等离子体团不稳定性的发病。标准（$k_y = 0$）撕裂模式的线性增长率同意半碰撞边界层理论，但倾斜（$|k_y|>0$）模式的角谱显着窄于预测。在非线性区域，由不稳定性形成的磁通绳在重联流出射流的作用下经历复杂的相互作用，导致具有随机磁场的湍流状态。以类似于以前的2D结果的方式，超德莱塞场诱导过渡到动力学重联薄电流层之间形成的磁通绳。这些结果可能在新的实验室实验中得到检验。
2019-06-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic reconnection: from the Sweet-Parker model to stochastic plasmoid chains
（节略）磁重联是等离子体中磁场的拓扑重构，伴随着能量的剧烈释放和粒子加速。重连现象就像等离子体一样普遍存在，太阳耀斑可能是最常见的例子。在过去的几年里，对大尺度流体系统中磁重联的理论理解经历了一个重大的范式转变。由著名的Sweet-Parker（SP）理论描述的重联稳态模型，该理论在该领域占主导地位约50年，已被重联层的基本上随时间变化的突发图像所取代，该重联层由多个次级岛（等离子体团）的连续形成和喷射所主导。虽然在SP模型中，重连被预测为缓慢的，但这种新范式的主要含义是流体系统中的重连是快速的（即，与Lundquist数无关），前提是系统足够大。这种概念上的转变取决于这样一种认识，即类SP电流层对于等离子体团不稳定性是非常不稳定的--因此，这意味着这样的电流片是超临界不稳定的，因此从一开始就永远不会形成。这表明电流片的形成和随后的重连过程不能像通常假设的那样解耦。本文提供了一个介绍性的概述，导致这个基本上新的框架在重联理论和模拟的最新发展。我们简要讨论了等离子体团不稳定性在选定的应用中所发挥的作用，并描述了一些突出的挑战，仍然在这个问题的前沿。其中包括等离子体团不稳定性的分析和数值扩展到（i）3D和（ii）非MHD制度。在这两种情况下都报告了新的结果。
2015-07-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Prandtl number dependence of plasmoid-mediated reconnection
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）；The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University（奥斯卡·克莱因中心，天文学系，斯德哥尔摩大学）；McWilliams Center for Cosmology & Department of Physics, Carnegie Mellon University（麦克威廉斯宇宙学中心与物理系，卡内基梅隆大学）；School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University（自然科学与医学院，伊利亚州立大学）
本文通过二维磁流体动力学模拟研究了等离子体团介导的磁重联速率对磁普朗特数的依赖性，发现当朗金数低于等离子体不稳定性起始点时，重联速率遵循预期的Sweet-Parker尺度并随磁普朗特数增加而降低，但一旦电流片变得等离子体不稳定，磁普朗特数的影响显著减弱，在完全等离子体团介导的 regime 中，重联速率在所探索的参数范围内几乎不依赖于磁普朗特数。
2026-08-18 astro-ph.HE physics.flu-dyn 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
Do plasmoids induce fast magnetic reconnection in well-resolved current sheets in 2D MHD simulations?
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；University of Wisconsin（威斯康星大学）
研究通过高分辨率二维MHD模拟探讨撕裂模不稳定性的发展，发现当磁流体动力学数S大于等于10^3且小于等于5×10^5时，磁重联速率遵循Sweet-Parker尺度，但随着S增大，反磁流体形成导致重联速率略有增强，表明重联仍受电阻率影响。
2026-03-24 astro-ph.HE hep-th 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
Collisional ionisation and recombination effects on coalescence instability in chromospheric partially ionised plasmas
该研究通过双流体模型2.5维模拟，探究太阳色球部分电离等离子体中碰撞电离与复合对等离子体团聚并不稳定性的影响，发现该过程虽减缓聚并、稳定电流片，但重联速率仍比同密度完全电离等离子体高约1.2倍。
2022-05-23 astro-ph.SR physics.plasm-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
Instability onset and scaling laws of an autooscillating turbulent flow in a complex plasma
我们研究了一个复杂的等离子体在微重力条件下，首先是稳定的振荡电场。一旦停止稳定，就会出现所谓的心跳不稳定。我们研究了动能谱在不稳定性发生期间和之后的变化，并与Kraichnan和Leith预测的二维湍流的双级联进行了比较。不稳定性的发生明显地表现在能量级联和涡度拟能的约化率的比值和能谱的幂律指数上。
2017-03-27 physics.plasm-ph
Influence of the Lower Hybrid Drift Instability on the onset of Magnetic Reconnection
二维和三维动力学模拟结果揭示了低杂波漂移不稳定性LHDI对磁重联发生的重要性。显式和隐式动力学模拟表明，LHDI各向异性地加热电子，并增加峰值电流密度。线性理论预测，这些修改可以将撕裂不稳定性的增长率增加近两个数量级，并将增长最快的模式转移到明显更短的波长。这些预测证实了非线性动力学模拟中，小规模的磁岛的增长和合并导致大规模的重联快速发病。
2004-03-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Shear flow-interchange instability in nightside magnetotail causes auroral beads as a signature of substorm onset
本文用近地背侧等离子体片的几何楔形模型导出低频剪切流交换波的波动方程，该波沿磁通量管向电离层传播$\vec{E} \times \vec{B}$剪切纬向流。讨论了与Kalmoni等人（2015）中用于剪切流气球不稳定性的波动方程结果的差异。切变流交换不稳定似乎是负责亚暴的发病。楔形波方程被用来计算的色散关系和本地增长率在午夜地区的夜侧磁尾的不稳定性的发展，形成的极光珠特征的地磁亚暴发病的粗略表达式。剪切流交换模式的稳定性分析表明，非线性分析是必要的定量准确的结果，并确定不稳定性变化的空间尺度。
2022-10-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
The non-modal onset of the tearing instability
我们研究了经典的磁流体力学（MHD）撕裂不稳定性（TI）的发病，并专注于非模态（瞬态）的增长，而不是撕裂模式。借助伪谱理论，线性方程的算子被证明是高度非正态的，从而导致在TI的发病显着的瞬态增长的可能性。这种可能性随着Lundquist数$S$的增加而增加。特别是，我们发现的证据，数值上，最大可能的瞬态增长，测量的$L_2$ -范数，为经典的设置电流片不稳定的TI，规模为$O(S^{1/4})$的时间尺度上的$O(S^{1/4})$为$S\gg 1$。当溶液行为由撕裂模式主导时，该行为比时间尺度$O(S^{1/2})$快得多。得到的瞬态增长的大小取决于初始扰动的形式。确定了最大可能瞬态增长的最佳初始条件，这些条件采取波包的形式，可以被认为是集中在电流片上的噪声。我们还研究了本征值谱的结构与物理量的关系。
2018-08-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Conditions for the onset of the current filamentation instability in the laboratory
电流成丝不稳定性（CFI）能够产生与解释天体辐射过程相关的强磁场，并导致无碰撞冲击中粒子加速的开始。在实验室中探索这种极端情况仍然是一个开放的挑战。在这项工作中，我们调查的可能性，使用中性$e^{-}$ $e^{+}$光束探索CFI与现实的参数，通过执行二维粒子在细胞模拟。我们表明，CFI可以发生，除非在该光束扩展由于有限的束流发射度的速率大于CFI的增长率，只要竞争的静电双流不稳定性（TSI）的作用是可以忽略不计的。我们还表明，纵向能量传播，典型的等离子体加速电子-正电子火球束，在这些情况下的CFI的增长中起着次要的作用。
2017-09-29 physics.plasm-ph
Direct evidence of magnetic reconnection onset via the tearing instability
磁重联是空间和实验室等离子体中能量释放的偶发过程。据信，撕裂模不稳定性可能是负责在磁尾重联的发病。然而，由于其难以捉摸的性质，有一个没有在现场观察撕裂不稳定性之前，磁重联在我们最近的天然等离子体实验室。使用神经网络离群值检测方法结合集群航天器数据，我们发现独特的电子俯仰角分布与模拟预测的撕裂不稳定性和随后的演变等离子体电子和重连是一致的。我们确认，通过我们的神经网络离群值方法确定的事件远高于撕裂稳定性阈值的基础上，在本文中详细的标准。我们发现的签名磁重联分钟后，大多数撕裂的意见。我们对撕裂不稳定性的分析为重新连接机制的基本理解提供了新的见解，这一过程在宇宙中不同的天体物理等离子体状态和地球上的实验室实验中无处不在。
2022-02-24 physics.plasm-ph
Self-generated turbulence in magnetic reconnection
经典的Sweet-Parker重联模型预测重联率与电阻率成反比，通常使用无量纲的Lundquist数（$\Lund$）进行参数化。我们描述的磁流体动力学（MHD）模拟使用静态的，嵌套的网格，显示了一个三维的不稳定性的发展在一个电流片的平面之间的反转场线没有一个引导场。不稳定性导致磁场线在至少由模拟解决的范围$3.2\times 10^3 \lesssim \Lund \lesssim 3.2 \times 10^5$上以与$\Lund$无关的速率快速重连。我们发现，这种不稳定性发生的情况下，甚至与$\Lund \lesssim 10^4$，在我们的模型中出现稳定的最近描述的，二维，等离子体团不稳定。我们的研究结果表明，三维，MHD过程单独产生快速（电阻率独立）重联没有诉诸动力学效应或外部湍流。不稳定的重联层提供了一个自洽的环境中，广泛研究的湍流重联过程可以发生。
2015-05-18 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
Linear Tearing Growth and Onset of Relativistic Magnetic Reconnection in the Presence of Shear Flows and a Guide Field
Dartmouth College（达特茅斯学院）
通过动理学粒子模拟和数值求解器，研究剪切流和导向场对相对论性磁重联线性撕裂不稳定性的影响，发现两者均减缓增长并延迟重联起始，高剪切下过渡到开尔文-亥姆霍兹不稳定性。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Tearing-mediated reconnection in magnetohydrodynamic poorly ionized plasmas. I. Onset and linear evolution
本文通过理论和计算研究弱电离等离子体中撕裂模介导的磁重联的起始与线性演化，发现双极扩散抑制重联起始，但电流片变薄后撕裂模可在约ν_ni0^{-1}时间内起始，其波长和增长率可由弱电离色散关系预测。
2024-04-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Mitigation of the onset of hosing in the linear regime through plasma frequency detuning
软管不稳定性对基于等离子体的加速器概念构成了可行性风险。我们表明，增长率的光束软管在线性制度（这是相关的概念，使用一个长的驱动程序）是一个函数的质心扰动波长。我们演示了如何使用此属性来阻尼质心振荡失谐的等离子体响应足够早的不稳定性的发展。我们还发展了一个新的理论模型的早期演变的软管。这些发现对不稳定性增长率的总体控制具有启示意义。
2023-03-20 physics.plasm-ph
Non-linear Tearing of 3D Null Point Current Sheets
磁重联的速率与伦德奎斯特数在现实的三维（3D）几何形状的比例的方式仍然是一个未解决的问题。它已被证明，在2D快速非线性撕裂允许的重联率变得几乎独立的伦德奎斯特数（“等离子体团不稳定性”）。在这里，我们提出了一个类似的不稳定性在一个完整的3D几何形状，由一个磁零点定义的第一次研究。的3D零电流层被发现是容易受到类似的不稳定性，但比一个等效的2D斯威特-帕克-类层稍微更稳定。撕裂的片创建一个薄的边界层周围的分界线表面，包含在一个双曲线结构，模仿脊柱风扇拓扑的通量包络。当撕裂过程中产生的磁通绳结构在这个包络内演化时，两个拓扑域之间的磁通有效混合发生。这导致两个域之间的重连率大幅增加。
2014-06-06 physics.plasm-ph
On the physical mechanism of three-wave instabilities -- resonance between positive- and negative-action modes
三波不稳定性是一个基本过程，在物理学的许多分支中有重要的应用。人们普遍认为，参与波的共振条件$ω_{z}\approxω_{x}+ω_{y}$是不稳定性开始的判据。我们表明，这个条件既不是充分的，也不是必要的，相反，确切的标准的发病不稳定性是一个积极的行动模式共振与消极的行动模式。这种机制是由谱空间的拓扑结构和几何形状强加的。在这个新理论的指导下，发现了以前未知的额外的不稳定带。
2017-12-10 physics.optics physics.plasm-ph
