Disk accretion onto a magnetized star
精确地解决了冻结在恒星上的旋转磁场与导电良好的薄吸积盘的相互作用问题。它表明，磁盘推动的磁场线向恒星，压缩恒星偶极子磁场。在开普勒自转频率与恒星自转频率一致的共转点，出现电流的环路。磁层中的电流只沿着两个特定的磁表面流动，这两个磁表面将同转区和盘的内边缘与恒星表面连接起来。结果表明，闭合电流面包围磁层。圆盘的旋转在离恒星表面一定距离处停止，该距离为共转半径的0.55。吸积盘使恒星自转加速。转移到恒星的角动量是确定的。
2012-11-27 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Statistical Description of a Magnetized Corona above a Turbulent Accretion Disk
我们提出了一个基于物理的统计理论的无力磁场在日冕上方的湍流吸积盘。这个场是由一个与圆盘相连的环的统计集合来表示的。每个环在几个物理过程下演化：开普勒切变，盘足点的湍流随机行走，以及与其他环的重连。为了建立统计描述，我们引入了环的大小分布函数，并构建了一个控制其演变的动力学方程。这个环动力学方程在形式上类似于玻尔兹曼的动力学方程，其中环-环重联由二元碰撞积分描述。一个无量纲的参数被引入到缩放（未知）的整体率相对于开普勒剪切重联。在数值求解磁环分布函数后，自洽地计算了平均磁压和耗散率随高度的分布，以及不同尺寸磁环的平衡形状。我们还计算了能量和扭矩与一个给定的环，以及总的磁能和扭矩的电晕。我们探讨了这些数量的依赖性的重联参数，并发现它们可以大大增强，如果环之间的重联被抑制。
2008-03-04 astro-ph physics.plasm-ph
Phase space eigenfunctions with applications to continuum kinetic simulations
Zap Energy Inc.（Zap能源公司）；University of Washington（华盛顿大学）
本研究提出动理学本征函数的相空间扰动近似方法，给出磁化等离子体环分布介电函数新形式，结合非线性模拟验证其在多种不稳定性中的应用，助力连续动理学模拟能力的充分发挥。
2024-05-16 physics.plasm-ph
Development of Richtmyer-Meshkov and Rayleigh-Taylor Instability in presence of magnetic field
从天体物理到惯性约束聚变（ICF），流体不稳定性（如Rayleigh-Taylor、Richtmyer-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定性）可以发生在广泛的物理现象中。在存在横向磁场时，R-M和R-T不稳定性随磁压和流体动压的方向而被抑制或增强。同样，如果两种流体都是导电的，则两种流体的界面可能振荡。而在线性情况下，磁场对磁感应强度没有影响。
2011-01-20 physics.plasm-ph
Criteria for ion acceleration in laboratory magnetized quasi-perpendicular collisionless shocks: when are 2D simulations enough?
Princeton University（普林斯顿大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
研究实验室准垂直无碰撞激波中离子加速，用混合粒子模拟探索阿尔文马赫数、声马赫数及等离子体β对离子能量的影响，建立三维模拟缩放标准，指出有效加速条件，还给出对实验配置的修改建议及应用前景。
2026-07-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Variational Integration for Ideal Magnetohydrodynamics and Formation of Current Singularities
日冕加热一直是太阳物理学中的一个长期难题。帕克猜想自发电流奇异性会导致加热日冕的纳米火花，这一直是有争议的。在理想磁流体力学（MHD）中，光滑的三维线束缚磁场是否能产生真正的电流奇异性？为了在数值上解决这个问题，所采用的方案必须保持磁拓扑结构，以避免在奇异电流密度的存在下人工重联。结构保持数值方法有利于减轻数值耗散，变分积分是一个强大的机器来推导它们。在这篇论文中，我们发展了理想磁流体的变分积分在拉格朗日标签离散纽科姆拉格朗日上的移动网格使用离散外微积分。由于该格式具有内建的冻结方程，因而无需人工重联，是研究电流奇异性形成的最佳格式。使用这种方法，我们首先研究了一个基本的原型问题在2D，Hahm-Kulsrud-Taylor（HKT）问题。它考虑了边界扰动对被剪切场磁化的二维等离子体的影响，其线性解是奇异的。我们发现，随着分辨率的增加，非线性解决方案收敛到一个电流奇异。然后，我们将HKT问题扩展到三维线束缚几何，通过将场线锚定在边界中来模拟日冕。线性的解决方案，这是奇异的，在2D中，被发现是光滑的。对于短系统，非线性解是光滑的。尽管如此，峰值电流密度与系统长度的比例关系表明，非线性解决方案可能会在有限的长度变得奇异。有了现有的结果，我们不能最终确认或排除这种可能性，因为我们不能获得系统长度接近外推临界值的解。
2017-08-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Asymmetric Magnetic Reconnection in Solar Flare and Coronal Mass Ejection Current Sheets
我们提出了二维电阻磁流体动力学模拟的线束缚非对称磁重联的背景下，太阳耀斑和日冕物质抛射电流片。重联过程是不对称的沿流入方向，通过允许初始上游磁场强度和密度不同，并沿流出方向放置的初始扰动附近的导电壁边界，代表光球。当上游的磁场是不对称的，耀斑后的环结构被扭曲成一个特征歪斜的蜡烛火焰形状。因此，模拟可以用来提供约束后耀斑环的重联不对称性。预计在弱磁场一侧的足点处会发生更多的硬X射线发射，因为高能粒子在那里比在强磁场足点处更有可能逃离磁镜。弱磁场侧的足点预计移动得更快，因为在两个维度上的要求是，必须从每个上游区域重新连接等量的通量。在所有具有非对称流出的模拟中，X线远离导电壁漂移，并且在具有非对称流入的大多数模拟期间，X线漂移到强磁场区域中。流入和流出方向的X线上均存在净血浆流。重联排气直接远离阻塞壁是显着快于排气直接对it.The不对称的流入条件允许净涡在上升流出等离子体团，这将出现作为围绕磁通绳轴的滚动运动。
2012-04-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Relative magnetic helicity under turbulent relaxation
针对边界存在非平凡法向分量的线绑定磁场场景，本研究严格探究湍流弛豫下相对磁螺旋度的行为，发现理想极限下其守恒且磁场可渐近弛豫至磁流体静力学平衡。
2025-04-17 math.AP physics.plasm-ph
Rotational properties of annulus dusty plasma in a strong magnetic field
研究了强磁化射频放电中同心导电（非导电）圆盘和圆环之间形成的环形尘埃等离子体的集体动力学。超导电磁铁用于将均匀磁场引入尘埃等离子体介质。在没有磁场的情况下，尘埃颗粒在其平衡位置附近表现出热运动。随着磁场的增加（$>$ 0.02 T），尘埃颗粒开始沿反时针方向旋转，在不同磁场强度下，尘埃颗粒的角频率都是恒定值，证实了尘埃颗粒的刚体旋转。尘埃颗粒的角频率线性增加，直到一个阈值磁场（B $>$ 0.6 T），并在此之后，其值几乎保持恒定在一定范围内的磁场。进一步增加磁场（B $>$ 1 T）会降低角频率。通过减小环形尘埃等离子体的宽度或输入射频功率，可以获得较低的角频率。由于磁场的方位离子拖曳力被假定为驱动旋转运动的能量源。在存在磁场的情况下，合成的径向电场决定旋转方向。在给定的磁场下，环形区域中悬浮（等离子体）电势的变化解释了环形尘埃等离子体在磁场存在下的旋转特性。
2020-06-21 physics.class-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Laboratory experiments and numerical simulations on magnetic instabilities
行星、恒星和星系的磁场是由运动的导电流体的自激产生的。一旦产生，磁场就可以通过破坏旋转流的稳定来在宇宙结构的形成中发挥积极作用，否则旋转流在流体动力学上是稳定的。长期以来，磁流体发电机作用和磁触发流动不稳定性都是纯理论研究的主题。然而，与此同时，在里加、卡尔斯鲁厄和卡达拉什的大规模液体钠实验中观察到了发电机效应。在本文中，我们总结了一些较小的液态金属实验致力于各种磁不稳定性，如螺旋和方位角的磁旋转不稳定性，泰勒不稳定性，以及不同的不稳定性，出现在一个磁化的球形Couette流的结果。最后，我们展望了一个大规模的泰勒-库埃特实验，使用液体钠，并观察磁触发的不稳定性的流动与正剪切的前景。
2016-10-18 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Reality of inverse cascading in neutron star crusts
本研究通过系统模拟证实了中子星壳层中逆级联过程的可行性，发现极端长宽比的壳层几何结构虽能触发逆级联，但限制了其形成大尺度偶极表面场，该机制有助于解释弱表面偶极场的高磁化天体。
2025-01-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A Magnetothermodynamic Theory of Energy Transport In Collisionless Plasmas
Climate and Space Sciences and Engineering, University of Michigan（气候与空间科学与工程学系，密歇根大学）
本文提出一种从时间箭头视角出发的概念框架，将等离子体各子系统热力学关联，引入电热力学与磁热力学输运机制，推导临界尺度，探讨其对重联起始问题的潜在相关性。
2026-10-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron dynamics in planar radio frequency magnetron plasmas: II. Heating and energization mechanisms studied via a 2d3v particle-in-cell/Monte Carlo code
本文用2d3v PIC/MCC模拟射频磁控管放电，揭示横向无碰撞霍尔加热及纵向MEH、MBH等电子能量化机制。
2022-11-07 physics.plasm-ph
Rapid Change of Field Line Connectivity and Reconnection in Stochastic Magnetic Fields
不具有连续对称方向的磁场具有相邻场线彼此指数化并变得随机的一般特征，因此保持磁场线连通性的理想约束对与理想欧姆定律的小偏差变得指数敏感。随机性作为快速重联的机制打破磁力线连通性的想法进行了测试与数值模拟的基础上减少磁流体动力学方程与强引导场线绑在两个完美的导电端板。从理想稳定的无力平衡开始，允许系统经历电阻松弛。在电阻弛豫过程中发现了两个不同的阶段。在准静态阶段，磁力线连通性的快速变化和强烈的诱导流被发现在高场线指数的区域。然而，尽管个别场线的场线连接性可快速改变，但场线映射的整体图案似乎逐渐变形。从这个角度来看，场线指数似乎导致增强的扩散，而不是重新连接。在某些情况下，电阻性准静态演化可能导致理想稳定的初始平衡跨越稳定性阈值，导致形成强电流丝和场线映射到性质不同的图案的快速变化。正是在这个起始阶段，场线连通性的变化被更恰当地称为磁重联。我们的结果表明，磁力线连通性的快速变化似乎是一个必要的，但不是快速重联的充分条件。
2014-07-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Analysis of azimuthal magnetorotational instability of rotating MHD flows and Tayler instability via an extended Hain-Lust equation
我们考虑一个不可压缩的导电和粘性流体的差分旋转流受到外部轴向磁场和方位角磁场，允许由外部的轴向电流的组合产生的流体和电流在流体本身。在这种情况下，我们推导出一个扩展版本的著名的Hain-Lust微分方程的径向拉格朗日位移，结合了轴向和方位角的磁场，差分旋转，粘度和电阻率的影响。本文将Wentzel-Kramers-Brillouin方法应用于扩展的Hain-Lust方程，导出了一个新的综合色散关系，用于三维扰动下流动的局部稳定性分析。我们确认，在低磁普朗特数的限制，其中的粘度的磁扩散率的比率为零，旋转流的径向分布的角速度超过刘极限，成为不稳定的受到各种各样的方位角磁场，所以是开普勒流。在色散关系的分析中，我们发现了一个新的长波长不稳定性的证据，这也被捕获的磁化泰勒-库埃特流的边值问题的数值解。
2021-10-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection in Astrophysical Environments
磁重联是高导电流体中改变磁场拓扑结构的过程。传统上，磁重联大多与太阳耀斑有关。实际上，这一过程必然是普遍存在的，因为天体物理学中的流体是磁化的，流体元素的运动必然会导致磁力线中的磁冻结和磁重联的交叉。我们考虑了真实三维几何中存在湍流时的磁重联。在大多数天体物理环境中，这种湍流是预先存在的，但它也可以由磁重联本身引起。在这种情况下，湍流磁场漂移打开了重联流出区，使重联快速。本文讨论了Lazarian \& Vishniac（1999）湍流重联模型，它的数值和观测检验，以及它与现代对湍流拉格朗日性质的理解的联系。结果表明，重联率对MHD湍流水平的依赖性使得被普遍接受的Goldreich \& Sridhar（1995）湍流模型是自洽的。同样，我们认为，著名的阿尔文定理通量冻结是不正确的湍流流体，因此磁场扩散的湍流体积。这是磁场动力学的一个元素，以前的理论没有考虑到。例如，恒星形成理论的发展，假设它是唯一的漂移的中性粒子，可以违反否则完美的磁通冻结，受到影响，我们讨论的后果的湍流扩散的磁场介导的重联。
2014-07-23 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
