Onset of Fast Magnetic Reconnection in Partially Ionized Gases
本文研究部分电离不可压缩等离子体中准定常二维磁重联。我们发现，当等离子体是弱电离和离子和中性粒子之间的碰撞是显着的，过渡到快速碰撞无重联由于霍尔效应在广义欧姆定律预计将发生在低得多的值的Lundquist数，相比，一个完全电离的等离子体的情况。我们估计，这些条件的快速重联满足分子云和原恒星盘。
2011-05-08 astro-ph.SR
Rayleigh-Taylor instability in partially ionized prominence plasma
本文采用单流体MHD方法，结合广义欧姆定律，对日冕-日珥边界的瑞利-泰勒不稳定性进行了2.5维数值模拟。初始配置包括均匀磁场，其与等离子体扰动的方向形成角度。对于每个磁场倾角，我们比较两个模拟，一个是纯MHD的情况下，和一个包括双极扩散的欧姆定律，否则相同。我们发现含有中性原子的组态总是不稳定的。在非线性状态下，小尺度模的增长率大于纯MHD情况下的增长率。
2013-10-28 astro-ph.SR
Fluid description of multi-component solar partially ionized plasma
我们推导出自洽的形式主义的描述多组分部分电离的太阳等离子体，通过耦合方程的带电和中性成分的任意数量的化学物种，和辐射场。所有的近似和假设都经过仔细考虑。推导了单流体和双流体的广义欧姆定律。我们的方法是分析与一些数量级的支持计算。在一般方程发展之后，我们特别提到物质与辐射相互作用的一些经常考虑的情况。
2014-08-08 astro-ph.SR
Alfven wave heating in partially ionized thin threads of solar prominences
有观测证据表明，在太阳磁场线中存在频率范围很宽的小振幅横向磁流体动力学（MHD）波。据信，这些波在光球层被驱动，并沿着磁场线传播，直到悬浮在日冕中的双折射。部分电离日珥等离子体中MHD波能量的耗散是一种加热机制，其相关性需要探索。在这里，我们考虑一个简单的一维模型的非均匀细线程和调查加热与阿尔芬波耗散。该模型假设一个特设的密度分布和均匀的压力，而温度和电离度的自洽计算考虑LTE或非LTE近似的氢电离。阿尔芬波的宽带驱动器被放置在磁场线的一端，代表光球激发。在单流体近似下，通过求解部分电离等离子体的线性化MHD方程，得到了沿螺旋线的Alfvenic扰动，发现螺旋线部分电离部分的波加热足以补偿辐射冷却引起的能量损失。在LTE近似下，由于核心日珥温度的电离度低于非LTE近似下的电离度，因此加热量更大。这在LTE情况下由于双极扩散而导致更大水平的耗散。相反，在模型的热日冕部分，等离子体完全电离，波加热可以忽略不计。这个简单的模型的结果表明，MHD波加热可以是相关的能量平衡的连续性。需要在更精细的模型基础上进行进一步研究。
2021-03-30 astro-ph.SR
Efficiency of MHD Wave Generation in Weakly Ionized Atmospheres
该研究针对弱电离大气中双流体等离子体的MHD波产生效率问题，通过十维谱分析发现激发效率依赖初始流差模式能量分配，电荷速度激发低效而磁场扰动激发高效，并给出高碰撞频率区的解析本征解。
2023-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph
MHD Simulations of Strongly Magnetized HII Region Evolution: Evidence for Ionized Gas Filamentation
Oxford Centre for the History of Science, Medicine, and Technology, University of Oxford（牛津大学科学、医学与技术历史中心）；Dept. of Astronomy, University of Virginia（弗吉尼亚大学天文学系）；Virginia Institute of Theoretical Astronomy, University of Virginia（弗吉尼亚大学理论天文研究所）；Department of Astronomy, University of Michigan（密歇根大学天文学系）；Korea Institute of Advanced Study（韩国高等研究院）；Center for Astrophysics and Space Astronomy, Department of Astrophysical and Planetary Sciences University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学系天体物理学与太空天文中心）
本研究通过MHD模拟揭示强磁场下HII区域演化的机制，发现离子化气体丝状结构由磁场引导形成，其特征与中央分子区观测一致。
2026-02-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetoacoustic waves in a partially ionized two-fluid plasma
可压缩扰动在等离子体中以由气压和磁力驱动的磁声波的形式传播。在部分电离的等离子体中，由于离子-中性碰撞，电离和中性物质的动力学是耦合的。因此，磁声波传播通过部分电离介质的离子中性耦合的影响。经典波的行为被修改的程度取决于各种物质的物理性质以及波频率与离子-中性碰撞频率相比的相对值。在这里，我们进行了全面的理论研究磁声波在部分电离等离子体中的传播使用双流体形式主义。我们认为碰撞频率，电离比，等离子体$β$的值范围广泛，使结果适用于各种各样的天体物理等离子体。我们确定修改的波的频率和研究由于离子中性碰撞的摩擦阻尼。在强耦合离子和中性粒子的极限情况下给出了频率的近似解析表达式，而数值计算得到的色散图提供了任意碰撞频率。此外，我们讨论了存在的截止线的色散图，限制波的传播的某些参数的组合。给出了太阳色球层中可压缩波传播的一个具体应用。
2013-09-27 astro-ph.SR
Resonant Alfven waves in partially ionized plasmas of the solar atmosphere
上下文磁流体动力学（MHD）波在太阳大气中普遍存在。在磁波导中，由于等离子体的不均匀性，共振吸收自然地将波能量从大尺度运动传递到小尺度运动。在太阳大气中较冷的部分，例如，色球层，由于部分电离的影响可能与波动动力学和加热有关。目标。研究了部分电离等离子体中的共振阿尔芬波。方法.我们在冷等离子体近似中使用多流体方程。本文研究了部分电离磁通管中共振磁流体动力学波的传播。我们使用近似分析理论的基础上正常模式的薄管和薄边界近似数值特征值计算。结果我们发现，波扰动跨越共振层的跳跃是相同的完全电离等离子体。由于共振吸收的阻尼长度与频率成反比，而由于离子-中性碰撞的阻尼长度与频率的平方成反比。对于太阳大气中观察到的频率，共振吸收比离子-中性碰撞更有效地衰减MHD扭结波的振幅。结论.色球扭折波携带的大部分能量被转换成局部方位角阿尔芬波，可以在日冕介质中沉积能量。色球层中由于离子与中性粒子碰撞而引起的波能耗散只对高频波有效。色球层对周期小于10 s的扭折波起着过滤器的作用。
2011-11-17 astro-ph.SR
Alfven waves in a partially ionized two-fluid plasma
阿尔文波（英语：Alfvén waves）是一种特殊的磁流体动力学波，与许多天体物理和实验室等离子体有关。在部分电离的等离子体中，阿尔文波的动力学受到电离和中性物质之间相互作用的影响。在这里，我们研究阿尔文波在部分电离等离子体从理论的角度来看，使用双流体描述。我们认为等离子体是由离子-电子流体和中性流体组成的，它们通过粒子碰撞相互作用。为了使我们的研究尽可能具有一般性，我们取中性离子碰撞频率和电离度作为自由参数。首先，我们进行正常模式分析。我们发现由于中性离子碰撞的波的频率的修改和研究的时间和空间的波的衰减。此外，我们还讨论了弱电离等离子体中限制振荡驻波存在的波长截止值。随后，我们超越了正常模式的方法，并解决了初值问题，以研究在两种流体中的波动扰动的时间依赖性的演变。应用于低太阳大气等离子体中的阿尔文波，并讨论了部分电离对能流的影响。
2013-03-18 astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic Waves in a Partially Ionized Filament Thread
振荡和传播波在细丝的高分辨率观测中很常见，即，太阳灯丝/双折射的精细结构。由于日珥等离子体的温度通常在10^4 K的量级，因此日珥等离子体只被部分电离。在本文中，我们研究的中性粒子对波的传播在一个丝状线程模拟为一个部分电离的均匀磁通量管嵌入在一个均匀的和完全电离的日冕等离子体。电阻磁流体动力学基本方程中考虑了欧姆和双极磁扩散。我们数值计算扭结，慢，阿尔芬线性MHD模式的本征频率，并在某些情况下获得解析近似。我们发现，传播模式的存在受到纵向波数的临界值的存在。特别是，扭结波和阿尔芬波的下限和上限频率截止分别归因于平行于和垂直于磁场线的磁扩散。慢模只有一个较低的截止频率，这是由垂直磁扩散引起的，并受电离度的影响很大。此外，离子中性碰撞是最有效的阻尼机制短波长，而欧姆扩散占主导地位的长波长制度。
2009-05-06 astro-ph.SR
Kelvin-Helmholtz instability in partially ionized compressible plasmas
开尔文-亥姆霍兹不稳定性（Kelvin-Helmholtz Instability，KHI）是在太阳大气中观测到的。离子-中性碰撞可能对太阳部分电离等离子体中KHI的生长速率和演化起相关作用，例如，太阳辐射在这里，我们调查的线性相位的KHI在两个部分电离的磁化等离子体之间的界面处的剪切流的存在下。分析中考虑了离子中性碰撞和可压缩性的影响。我们得到的线性模式的色散关系，并进行参数研究的不稳定的解决方案。我们发现，在不可压缩的情况下，KHI是目前的任何速度剪切的碰撞频率的值无关。在可压缩情况下，不稳定区域强烈地依赖于等离子体参数，特别是碰撞频率和密度衬度。对于高碰撞频率和低密度对比度的KHI是本超Alfvenic速度剪切。对于高密度对比，阈值速度剪切可以降低到亚阿尔文值。对于特定的情况下，湍流羽流的双折射，我们得出结论，亚Alfvenic流速可以触发KHI由于离子中性耦合。
2012-02-20 astro-ph.SR
Onset of the Kelvin-Helmholtz instability in partially ionized magnetic flux tubes
上下文最近对太阳辐射的观测表明，存在可能由开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI）引起的湍流。然而，所观察到的流速低于经典阈值的发病KHI在完全电离等离子体。目的。我们调查的影响，部分电离的发病KHI在密集和冷却的圆柱形磁通量管包围的一个更热，更轻的环境。方法.本文用部分电离双流体等离子体的线性化控制方程描述了纵向质量流磁管上叠加的小振幅扰动的行为。通过简正模分析得到了线性不可压缩波的频散关系。我们专注于外观的不稳定的解决方案，并研究其增长率对各种物理参数的依赖性。给出了慢流和强离子-中性耦合条件下KHI线性增长率的解析近似。给出了日珥螺纹的一个应用。结果等离子体中中性成分的存在可能有助于KHI的发生，即使是亚阿尔夫文纵向剪切流。离子与中性粒子的碰撞降低了不稳定扰动的增长率，但不能完全抑制不稳定性。结论.在亚阿尔夫文流速的太阳能热释电中的湍流可以解释为部分电离等离子体中KHI的结果。
2015-04-21 astro-ph.SR
Modeling of continuous absorption of electromagnetic radiation in dense partially ionized plasmas
本文提出了一种描述稠密部分电离氢等离子体中电磁辐射连续吸收的新模型。结果表明，所得结果给出了计算光谱吸收系数的可能性，这些系数表征了部分电离氢等离子体中具有电子密度$N_{e} \sim 10^{19}cm^{-3}$和温度$T \approx 2\cdot 10^{4}K$的相关吸收过程。所用程序的关键参数是凭经验确定的。该计算方法适用于波长区域$300nm < λ< 500nm$。所提出的结果可以感兴趣的致密的实验室等离子体，以及不同的恒星大气层的部分电离层。
2012-08-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Resonantly Damped Kink Magnetohydrodynamic Waves in a Partially Ionized Filament Thread
太阳暗条和日珥线的横向振荡经常被报道。这些振荡具有周期短（2 - 10分钟）和在几个周期后被阻尼的共同特征。扭结磁流体动力学（MHD）波模式已被提出负责所观察到的振荡，而在阿尔芬连续共振吸收和离子中性碰撞是最好的候选人是阻尼机制。在这里，我们研究的时间阻尼的扭结MHD波在一个圆柱形的，部分电离的丝状线程嵌入在日冕环境中的解析和数值。线模型是由一个直的和薄的，均匀的丝状等离子体，与横向不均匀的过渡层的等离子体的物理性质不断变化，从灯丝到日冕的条件。磁场均匀且平行于螺纹轴。我们发现，扭结模式是有效地阻尼共振吸收的灯丝振荡的典型波长，阻尼时间与观察兼容。部分电离不影响共振吸收过程，灯丝等离子体电离度只对比观测到的波长短得多的波长的阻尼很重要。据我们所知，这是第一次研究部分电离等离子体中的共振吸收现象。
2009-09-19 astro-ph.SR
Dynamics of coronal rain and descending plasma blobs in solar prominences: II. partially ionized case
日冕雨团和日珥结是色球层到过渡区温度的密集凝聚，这些温度在更热的日冕中下降。它们的典型速度范围分别为30- 150 km~s $^{-1}$和10- 30 km~s $^{-1}$的数量级，即，它们比自由降落速度小得多。这些冷团块包含电离和中性物质的混合物，它们必须动态耦合才能像观察到的那样落在一起。我们调查这种耦合的流体动力学模拟，其中耦合产生的离子和中性粒子之间的摩擦。这里提出的数值模拟是\citet{oliver2014}的部分电离的情况下的扩展。我们发现，尽管在团簇中心两种粒子的相对漂移速度小于1 m s $^{-1}$，但它足以产生强耦合带电粒子和中性粒子所需的力.对于完全电离的等离子体，电离度对我们以前工作的主要结果没有明显的影响：凝结有一个初始加速阶段，随后是一个大致恒定速度的时期，此外，最大下降速度明显与初始团块与环境密度的比值相关。
2015-10-28 astro-ph.SR
Heating of the partially ionized solar chromosphere by waves in magnetic structures
在本文中，我们展示了一个“概念证明”的太阳色球加热机制，由于波耗散所造成的部分电离的影响。通过求解单流体准MHD方程组，数值模拟了嵌入太阳大气中的磁通量管中的非线性波传播，该方程组考虑了广义欧姆定律中的双极项。结果表明，由于双极扩散，磁波引起的扰动可以有效地消散。通过这种机制输入的能量是连续的，并且比静态电流的耗散更有效，最终导致磁结构中色球温度的增加。
2016-02-10 astro-ph.SR
Multi-fluid approach to high-frequency waves in plasmas: I. Small-amplitude regime in fully ionized medium
理想磁流体力学提供了一个精确的描述低频阿尔文波在完全电离的等离子体。然而，在太阳大气中的许多等离子体中的更高频率的波不能正确地描述理想的MHD和更精确的模型是必需的。在这里，我们研究了由几个电离物种组成的等离子体中的小振幅不可压缩扰动在低频和高频范围内的性质。我们使用多流体的方法，并考虑到离子之间的碰撞和霍尔的感应方程中包含的长期的影响。通过分析相应的色散关系和数值模拟，我们检查，在高频率下，不同种类的离子是不强耦合的低频限制。因此，它们不能被视为单一流体。此外，不同电离物质之间的弹性碰撞对于高频波是不可忽略的，因为获得了可观的阻尼。此外，离子之间的库仑碰撞消除了回旋共振和不考虑碰撞时存在的严格截止区域。这些结果的影响，在太阳等离子体中的高频波的建模进行了讨论。
2016-09-20 astro-ph.SR
Rayleigh-Taylor instability in partially ionized compressible plasmas: one fluid approach
研究了在单流体描述下部分电离等离子体中瑞利-泰勒不稳定性（RTI）线性发生和增长率的经典判据的修正，考虑了广义感应方程.的控制线性方程和适当的边界条件，包括引力项，推导和适用于RTI的情况下，在一个单一的界面之间的两个部分电离等离子体。边界条件导致一个方程的频率，其中一些有积极的复杂的部分，标志着RTI的外观。我们先单独研究双极项，然后将结果推广到完整的感应方程。我们发现，由于中性物种的存在，该配置总是不稳定的。在经典的稳定性制度的增长率是小的，因为碰撞防止中性流体充分发展RTI。对于经典不稳定区的参数，增长率降低，但对于日珥碰撞频率和扩散系数的理论值，与可压缩MHD情况的差异很小。我们得出结论，PI修改的线性RTI不稳定性的某些方面，因为它考虑到中性不觉得稳定的磁场的效果。对于一组参数代表太阳能辐射，我们的模型给出了所得到的时间尺度与观察到的RTI羽流的寿命。
2014-01-21 astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic waves in solar partially ionized plasmas: two-fluid approach
我们推导了双流体部分电离等离子体中磁流体力学波的动力学，并与单流体描述下的结果进行了比较。双流体磁流体动力学方程，其中离子-电子等离子体和中性粒子被认为是单独的流体。在最简单的均匀介质情况下，导出了线性磁流体力学波的色散关系。得到了不同背景等离子体参数下波的频率和阻尼率。我们发现，两个和单流体的描述给出了类似的结果，低频波。然而，当波频率变得与离子-中性碰撞频率相当或更高时，两流体方法中的MHD波的动力学显著改变。阿尔文和快磁声波在波谱中的特定频率（例如，对于50%的中性氢，峰值频率等于2.5离子-中性碰撞频率）处获得它们的最大阻尼率。对于较高频率的波，阻尼率降低。在与中性氢流体相连的高频分支中出现了新的慢磁声波模式。单流体方法完美地处理部分电离等离子体中的缓慢过程，但对于小于离子-中性碰撞时间的时间尺度失败。因此，双流体近似应该用于描述相对快速的过程。单流体描述的一些结果，如离子-中性粒子碰撞对太阳色球层中高频阿尔芬波的阻尼，在今后的研究中应加以修正。
2011-01-20 astro-ph.SR
Evidence for Plasmoid-mediated Magnetic Reconnection during a Small-scale Flare in the Partially Ionized Low Solar Atmosphere
本文利用GST和SDO观测及2.5D MHD模拟，在部分电离低太阳大气中发现小尺度耀斑中由约150 km等离子体团介导的磁重联证据，为不同尺度太阳耀斑提出统一重联模型。
2024-04-29 astro-ph.SR
Surface Waves in the paritally ionized solar plasma slab
研究了部分电离、不可压缩磁化等离子体板中表面波的性质。非理想磁流体效应使介质中的磁场产生有限漂移。当忽略磁场的有限漂移时，波在部分电离等离子体流体中的传播特性类似于理想MHD，只是现在的传播特性取决于介质的部分电离。在霍尔扩散的存在下，香肠和扭结表面波的传播依赖于介质的分数电离水平。当霍尔和彼得森扩散都存在于介质中时，波经历阻尼。对于典型的太阳参数，波可以在几分钟内衰减。
2013-09-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
3D numerical simulations of propagating two-fluid, torsional Alfvén waves and heating of a partially-ionized solar chromosphere
我们提出了一个新的见解的传播，衰减和耗散的两种流体，扭转阿尔文波的背景下加热的太阳低层大气。通过对部分电离等离子体的数值模拟，我们求解了三维笛卡尔几何中离子+电子和中性流体的双流体方程组。我们最初实现一个无电流的磁场配置，对应于一个磁通量管，是植根于太阳光球层和扩展到色球层和日冕。我们将模拟区域的下边界放在低色球层，在那里离子和中性粒子开始解耦，并在那里实现一个单色驱动器，直接生成波周期为30 s的Alfvén波。随着离子-中性漂移随高度增加，双流体效应变得更加显著，并且在离子-中性碰撞过程中，Alfvén波和磁声波携带的能量都可以热化。事实上，我们观察到等离子体温度沿磁通量-管的显着增加。总之，双流体扭转阿尔芬波可能在太阳色球层加热中发挥作用。
2021-06-19 astro-ph.SR
Multi-fluid Approach to High-frequency Waves in Plasmas. II. Small-amplitude Regime in Partially Ionized Media
等离子体中中性粒子的存在对磁流体力学波的性质有很大的影响。例如，离子和中性粒子之间通过动量转移碰撞的相互作用导致阿尔文波的阻尼，并改变其振荡频率和相速度。当碰撞频率大于波的频率时，单流体磁流体动力学近似可以准确地描述部分电离的影响，因为各种物质之间存在强耦合。然而，在更高的频率，单流体模型是不适用的，需要更复杂的方法。在这里，我们使用一个五流体模型与三个电离和两个中性组件，它考虑到霍尔的电流和欧姆的扩散，除了摩擦由于不同物种之间的碰撞。我们将我们的模型应用于由氢和氦组成的等离子体，并允许电离度是任意的。通过对相应色散关系的分析和数值模拟，研究了小振幅扰动的性质。讨论了动量转移碰撞对离子-回旋共振的影响，比较了磁阻、离子-中性和离子-离子碰撞在不同频率范围内对波阻尼的重要性。应用到太阳大气的部分电离等离子体。
2017-03-15 astro-ph.SR
Wave coupling in partially ionized plasmas with shear flows I. Fast-to-Alfvén transformation
本文理论研究了部分电离太阳等离子体中剪切流与MHD波的耦合，通过非模方法分析快磁声波向阿尔文波的转化，发现双极扩散显著影响能量交换效率并引入新耦合机制，并应用于太阳暗条细丝。
2025-08-06 astro-ph.SR
Inevitable consequences of ion-neutral damping of intermediate MHD waves in Sun-like stars
在太阳大气的背景下，我们重新研究中性和电离物质的作用，在耗散的有序能量的中间模式MHD波成热。我们解决守恒方程的流体动力学和氢和氦电离阶段，沿封闭管的磁场。首先，我们研究了日冕加热突然停止的条件下日冕等离子体的演变。我们发现，冷（$< 10^5$ K）结构形成持续数小时。中等振幅的MHD波可以通过离子中性碰撞加热等离子体，具有足够的能量率以支持等离子体对抗重力。然后我们从较冷的大气开始研究计算。计算表明，热的（$> 10^4 $）K长（$>$几μ m）等离子体管也是以同样的机理产生的。我们推测这些解决方案的相关性，以观察到的太阳和类似的恒星，其大气层中渗透着新兴的磁场和对流搅拌的属性。也许这个基本过程可能有助于解释太阳过渡区中“冷环”的存在以及过渡区线的广泛组成部分的产生。从这样一个简单的，也许是不可避免的机制产生电离氢可能是一个重要的一步，寻找更复杂的机制，需要产生温度超过10 $^6$ K的日冕，独立于恒星的金属丰度。
2020-08-08 astro-ph.SR
Models of magnetized neutron star atmospheres: thin atmospheres and partially ionized hydrogen atmospheres with vacuum polarization
观测到的一些孤立磁化中子星的X射线谱显示出吸收特征，有时被解释为离子回旋线。为了验证这一假设和评估中子星的参数，我们开发了一个计算机程序，用于在宽磁场（10^{12} - 10^{15} G）和有效温度（3 \times 10^5 - 10^7 K）范围内模拟磁化中子星的大气。利用这个程序，我们研究了用不同的大气模型解释孤立中子星的软X射线谱的可能性。假设大气层是由完全电离的电子-离子等离子体或部分电离的氢组成。考虑了真空谐振和部分模式转换。磁场相对于恒星表面的任何倾斜都是允许的。我们利用强磁场中完全或部分电离等离子体的现代不透明度，求解等离子体中正常电磁模式的耦合辐射转移方程。计算了各种大气模型的出射辐射谱：完全电离的半无限大大气、薄大气、部分电离的氢大气、新的“三明治”大气（氦层上有氢层的薄大气）。讨论了这些结果应用的可能性。特别是，使用“三明治”模型的出射光谱构造。薄的部分电离的氢气氛与真空极化被证明能够改善附近的孤立的中子星RBS 1223（RX J1308.8+2127）的观测光谱的拟合。
2009-05-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
The spatial damping of magnetohydrodynamic waves in a flowing partially ionised prominence plasma
太阳辐射是部分电离的等离子体，显示出流动和振荡。这些振荡表现出时间和空间阻尼，并且通常已经用磁流体动力学（MHD）波来解释。本文研究了在流动的部分电离等离子体中线性非绝热磁流体动力学波的空间阻尼，它具有类似磁流体动力学的物理性质。我们考虑单流体方程的部分电离氢等离子体，包括在能量方程光学薄辐射，热传导的电子和中性，和加热。保持频率的真实和固定，我们已经解决了所获得的色散关系的复波数，k，并分析了行为的阻尼长度，波长和阻尼长度的波长的比率，与周期，阿尔芬，快，慢和热波。
2010-01-27 astro-ph.SR
Tearing modes in partially ionized plasmas
在许多天体物理环境中，等离子体只是部分电离，因此带电粒子和中性粒子的相互作用可能会改变重联的触发及其随后的动力学演化。本文导出了部分电离等离子体与中性粒子弱耦合和强耦合情况下的撕裂模最大增长率。此外，临界缩放电流片纵横比的伦德奎斯特数和离子中性碰撞频率。在去耦制度的标准撕裂模式恢复与离子中性碰撞频率的一个小的修正，在中间制度与中性粒子的碰撞被证明是稳定电流片，导致更大的临界纵横比理想撕裂发生。尽管如此，隐藏在伦德奎斯特数定义中的额外的电子中性碰撞，可以将临界纵横比缩小到完全电离的情况下。在耦合机制下，生长速率取决于离子和中性粒子之间的密度比，通过这两个物种之间的碰撞频率。这些提供了临界纵横比，撕裂模式不稳定性从缓慢过渡到理想，这取决于中性离子密度比。
2020-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Phase mixing of propagating Alfv{é}n waves in a single-fluid partially ionized solar plasma
本研究针对太阳大气加热问题，采用单流体近似研究部分电离等离子体中Alfvén波的相位混合阻尼，发现部分电离下阻尼长度更短，特定电离度范围的波可提供足够加热平衡宁静太阳色球辐射损失。
2023-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Equation of state for partially ionized carbon and oxygen mixtures at high temperatures
在等离子体化学图像的框架下，用自由能最小化方法计算了部分电离的碳、氧和碳氧混合物在3 \times 10^5 K <~ T <~ 3 \times 10^6 K范围内的物态方程.自由能模型是我们以前为纯碳开发的模型的改进扩展（Phys. Rev. E，72，046402; arXiv：physics/0510006）。结合物种的内部配分函数的计算通过在考虑压力电离的等离子体环境中的每个电离阶段的自洽处理。长程库仑离子之间的相互作用和筛选的离子由自由电子包括使用我们以前发表的分析模型，最近改进，特别是对于混合物的情况下。我们还提出了一个简单而准确的方法计算的部分电离的二元混合物的状态方程的基础上详细的电离平衡计算纯物质。
2011-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
MHDSTS: a new explicit numerical scheme for simulations of partially ionised solar plasma
在部分电离的太阳大气中等离子体与磁场的相互作用经常通过单流体近似来模拟，这对于强耦合碰撞介质的情况是有效的，例如太阳光球层和低色球层。根据单流体形式主义的主要非理想效应描述的一系列额外的条款，在广义感应方程和能量守恒方程。这些效应是：欧姆扩散、双极扩散、霍尔效应和比尔曼电池效应。从单流体方程的数值解的角度来看，当双极扩散或霍尔效应占主导地位时，可能会对积分时间步长产生严格的限制，并可能损害数值方案的稳定性。在本文中，我们介绍了两个数值方案，以克服这些限制。其中第一个被称为超级时间步进（STS），它的目的是克服双极扩散项占主导地位时所施加的限制。第二种方案被称为霍尔扩散方案（HDS），当霍尔项占主导地位时使用。这两种数值技术可以一起使用，通过应用斯特朗算子分裂。本文介绍了STS和HDS计划在单流体程序Mancha3D中的实现。这些方案的验证提供了一套数值试验的数值分析的解决方案与比较。
2018-03-13 astro-ph.SR
Microphysical Regulation of Non-Ideal MHD in Weakly-Ionized Systems: Does the Hall Effect Matter?
本研究证明弱电离系统中磁场梯度过陡会使非理想MHD失效，提出修正因子方案恢复物理行为，并表明霍尔效应在多数条件下不具动力学重要性。
2025-09-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Linear damping of magneto-acoustic waves in two-fluid partially ionized plasmas
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）
本文用线性化双流体模型研究部分电离等离子体中磁声波的碰撞阻尼，分析波数与阻尼率对电离度、耦合强度及传播角的依赖，并给出弱强耦合下的解析近似，适用于天体与实验室等离子体。
2025-10-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effect of partial ionization on wave propagation in solar magnetic flux tubes
观测表明，波在太阳大气中无处不在，并可能在等离子体加热中发挥重要作用。日冕波的研究通常是基于完全电离等离子体的线性理想磁流体动力学（MHD）。然而，光球层和色球层中的等离子体只是部分电离。本文从理论上研究了在双流体模型下，部分电离对磁流体波在圆柱形通量管中传播的影响。我们推导出一般色散关系，考虑到中性离子碰撞和中性气体压力的影响。我们把中性离子碰撞频率作为一个任意参数。横向扭结模式和慢磁声模式的具体结果。我们发现，当中性离子碰撞频率远低于波的频率时，波的频率只取决于电离流体的性质。对于高碰撞频率的现实的太阳大气离子和中性粒子的行为作为一个单一的流体与一个有效的密度对应的两种流体的密度和一个有效的声速作为平均的离子和中性粒子的声速计算。相应地修改MHD波频率。中性气体压力在研究横向扭折波时可以忽略不计，但为了一致地描述慢磁声波，必须考虑中性气体压力。由于中性离子碰撞，磁流体动力学波被阻尼。当波频率和碰撞频率具有相同的数量级时，阻尼是最有效的。对于高碰撞频率，慢磁声波比横向扭结波更有效地阻尼。此外，我们发现存在的截止的某些组合的参数，导致波成为非传播。
2013-01-22 astro-ph.SR
Magnetic Reconnection Process in Partially Ionized Fluids: Insights from the Solar Chromosphere
Universidad Industrial de Santander（桑坦德工业大学）
该研究通过修改MAGNUS代码开展2.5维双流体磁重联模拟，发现带电-中性粒子碰撞驱动太阳色球层磁重联增强，升温18%至110%，能量释放达10²²至10²³。
2026-07-31 astro-ph.SR
Kolmogorov Dissipation scales in Weakly Ionized Plasmas
在弱电离等离子体中，磁场的演化由包括霍尔效应和双极扩散项的“广义欧姆定律“描述。这些术语引入了额外的空间和时间尺度，这些尺度在磁流体动力学湍流的级联和耗散机制中起着决定性的作用。我们确定的粘性，电阻和双极耗散机制的Kolmogorov耗散尺度。等离子体，取决于它的属性和能量注入率，可以优先选择这些耗散尺度之一。从而确定磁场的假定自相似谱分布的最短空间尺度。以太阳大气部分电离层为例说明了计算结果。因此，太阳磁场的所谓自相似光谱分布的最短空间尺度是由粘性、Spizer电阻率（电子-离子碰撞）、电子-中性碰撞的电阻率和双极扩散率所给出的四个耗散尺度中的任何一个决定的。结果表明，当能量注入率较大时，双极扩散占主导地位。在部分电离的太阳大气中，磁螺旋度的鲁棒性将促进自组织涡旋结构的形成。
2009-03-23 astro-ph.SR
Alfvén wave propagation in the partially ionized lower solar atmosphere: a test of the single-fluid approximation
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）
本文通过单流体和多流体模型比较，检验了单流体近似在太阳低层大气中阿尔芬波传播中的有效性，发现两者结果基本一致，仅在能量传输和等离子体加热率上有微小差异。
2026-03-04 astro-ph.SR
2D Radiative MHD Simulations of the Importance of Partial Ionization in the Chromosphere
太阳色球层是弱电离的，电离粒子和中性粒子之间的相互作用可能对等离子体的热力学产生重大影响。我们调查的重要性，引入中性粒子使用数值2.5D辐射MHD模拟获得的彩虹代码。该模型从对流层的上层到低日冕层，并求解了非灰和NLTE辐射转移和热传导的全MHD方程。利用广义欧姆定律计算了部分电离的影响。在我们的模拟中，测试了从三种流体到广义欧姆定律所需的近似。欧姆扩散、霍尔项和双极扩散在色球层中表现出强烈的变化。当使用VAL-C模型作为估计基础时，这些不同磁扩散率的强烈变化不存在或被显著低估，这在这些类型的研究中很常见。此外，我们发现，在估计双极扩散的大小的差异出现取决于哪种方法是用来计算离子中性碰撞频率。这些差异导致不同磁扩散率项的不确定性。在色球中，我们发现双极扩散是相同的数量级，甚至大于用于稳定我们的代码的数值扩散。因此，双极扩散对模拟的大气产生强烈的影响。也许更重要的是，它表明，至少在色球域，磁对流驱动的太阳大气的自洽模拟可以准确地描述的影响的主要形式的电阻率（双极扩散）。这表明，这种模拟可能比以前假设的更接近太阳低层大气。
2012-04-26 astro-ph.SR
Cut-off wavenumber of Alfven waves in partially ionized plasmas of the solar atmosphere
太阳大气部分电离等离子体中的阿尔芬波动力学表明，确实存在一个截止波数，即波数高于截止值的阿尔芬波是倏逝波。截止波数出现在单流体磁流体力学（MHD）的近似，但它是在多流体的方法缺席。截止波数的存在至今仍没有一个合理的解释。本文的目的是指出在单流体磁流体动力学中出现截止波数的原因。从三流体方程（电子，质子和中性氢原子）开始，我们进行连续近似，直到我们得到通常的单流体描述。我们求解了线性阿尔芬波在每一步的色散关系，并寻求了截止波数出现的近似。我们已经发现，忽略惯性项显着减少阿尔芬频率的实部，虽然它永远不会成为零。因此，截止波数在此阶段不存在。然而，当惯性项和霍尔项一起在感应方程中被忽略时，阿尔芬频率的实部变为零。在研究太阳大气部分电离区的阿尔芬波时，出现了截止波数，这是忽略惯性项和霍尔项的结果，没有物理根源。
2012-07-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Viscosity effects on waves in partially and fully ionized plasma in magnetic field
本文讨论了多组分部分电离和完全电离等离子体中的粘滞性，以及粘滞性对太阳大气中两种截然不同的波（阿尔芬波和朗缪尔波）的影响。一套完整的粘度系数，其中包括电子，质子和氢原子的系数。这些应用于太阳色球层中大多数磁化质子的层，原则上可以预期阿尔芬波。计算了700至2200公里高度范围内的粘性系数，并以图表形式表示，还按高度给出了各种碰撞所需的相应截面。结果表明，在色球层中，粘性对阿尔芬波没有影响，它只受到离子与中性粒子摩擦的强烈影响。在日冕中，假设磁场为几个高斯，阿尔芬波受离子粘性的影响比受离子-电子摩擦的影响大，仅在波长短于1-30 km时，取决于参数，并假设扰动磁场为平衡值的1%。对于朗缪尔波，色球层中的粘性摩擦相互作用被证明是依赖于高度和波长。在电晕中，粘性是作用于朗缪尔模的主要耗散机制。
2014-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Stability of two-fluid partially-ionised slow-mode shock fronts
磁流体动力学（MHD）冲击波阵面可以不稳定到扰动不稳定，这导致扰动冲击波阵面随着时间变得越来越波纹。一个理想的MHD平行激波（其中速度和磁场是一致的）是无条件不稳定的不稳定性，而理想的流体动力学（HD）对应的是无条件稳定。对于部分电离的介质（例如太阳色球层），流体动力学和磁流体动力学物种共存，系统的稳定性尚未研究。在本文中，我们进行了数值模拟的两流体部分电离激波阵面的不稳定性研究的稳定性条件，并比较HD和MHD模拟的结果。我们的模拟包括一个初始稳定的二维平行激波遇到一个局部上游密度扰动。在MHD中，这种扰动导致不稳定的激波阵面，并且激波阵面随时间增长。我们发现，对于双流体模拟，中性物种可以起到稳定激波阵面的作用。通过参数研究，分析了激波阵面稳定和不稳定的条件。我们发现，对于很弱耦合或很强耦合的部分电离系统，冲击波阵面是不稳定的，因为系统趋向于MHD。然而，对于有限耦合，我们发现中性粒子可以稳定激波阵面，并在中性粒子中产生包括激波通道在内的新特征。我们推导出一个方程，涉及稳定的波长范围的离子中性和中性离子耦合频率和马赫数。应用这种关系的阴影闪光得到一个稳定的波长范围在0.6和56公里之间的估计。
2021-06-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mathematical Modeling of Kelvin-Helmholtz Instability at Tangential Discontinuities in Partially Ionized Plasma: Application to Heliopause Dynamics
本研究针对日球层顶的开尔文-亥姆霍兹不稳定性问题，采用含氢原子的二维气体动力学模型开展数值模拟与参数研究，发现电荷交换碰撞可显著抑制该不稳定性，且克努森数减小会使流动从不稳定转为平滑状态。
2025-06-17 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
Non ideal Transport Processes in the Solar Atmosphere
School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数学与物理科学学院）
本文计算了太阳大气部分电离等离子体的输运系数，发现热导率由中性粒子主导且垂直分量不可忽略，对光球-色球过渡层、针状体和日珥等区域的精确建模与加热机制研究具有重要意义。
2025-11-06 astro-ph.SR
Modeling of the Continuous Absorption of Electromagnetic Radiation in Dense Hydrogen Plasma
本文研究了在$300 \textrm{nm} < λ< 500 \textrm{nm}$波长范围内，电子密度约为$5\cdot10^{18}$ cm $^{-3}$-$1.5\cdot10^{19}$ cm $^{-3}$，温度约为$1.6 \cdot10^{4}$ K - $2.5 \cdot 10^{4}$ K的稠密部分电离氢等离子体中电磁辐射连续吸收的一种新的模拟方法。所得结果可应用于不同恒星大气的部分电离层等离子体。
2011-12-28 astro-ph.SR
Gravitational instability in partially ionized plasmas: A two-fluid approach
Visva-Bharati University（维斯瓦·巴拉蒂大学）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）
本文提出一种双流体模型，研究部分电离等离子体在重力下的引力不稳定性，分析碰撞频率和波数比对不稳定性增长速率的影响，并探讨其在电离层和太阳大气中的应用。
2026-07-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the Theory of Absorption of Sound Waves via the Bulk Viscosity in the Partially Ionized Solar Chromosphere
Georgi Nadjakov Institute of Solid State Physics, Bulgarian Academy of Sciences（格奥尔基·纳贾科夫固体物理研究所，保加利亚科学院）
研究通过体积粘性机制解释日冕层声波阻尼，无需人工粘性或剪切粘性，证明体积粘性足以实现日冕加热。
2026-01-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Damping of Alfven waves in solar partially ionized plasmas: effect of neutral helium in multi-fluid approach
色球等离子体和日珥等离子体中含有中性原子，这些中性原子可能通过与离子碰撞而改变等离子体动力学。大多数原子是中性氢，但在特定温度下，等离子体中也可能存在大量的中性氦。离子与中性氢碰撞对磁流体动力学波的阻尼作用已经有了很好的研究，但中性氦的影响还很不清楚。我们的目的是研究中性氦在太阳部分电离等离子体中阿尔芬波阻尼中的作用。考虑三流体磁流体力学（MHD）近似，其中一个组分是电子-质子-单电离氦，另外两个组分是中性氢原子和中性氦原子。导出了等温均匀等离子体中线性阿尔芬波的色散关系。然后，我们求解色散关系，并得出不同等离子体参数的阿尔芬波的阻尼率。中性氦的存在下显着增强阻尼的阿尔芬波相比，由于中性氢在一定值的等离子体温度（10000-40000 K）和电离的阻尼。阻尼率在离子-中性粒子碰撞频率附近有一个峰值，但随着波谱的升高而减小。离子与中性氦原子的碰撞对色球针状体和日冕过渡区的阿尔芬波的衰减具有重要意义。
2011-09-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Single-fluid simulation of partially-ionized, non-ideal plasma facilitated by a tabulated equation of state
本文提出一种基于表格化状态方程的单流体模拟方法，将部分电离等离子体视为单一混合物，通过相对速度量和预构建查找表高效捕捉中性粒子非理想效应及宏观-微观非线性反馈。
2024-11-25 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Charge exchange in fluid description of partially ionized plasmas
讨论了电荷交换对弱电离等离子体中波传播的影响。结果表明，对于低频过程，离子和中性粒子应被视为一个单一的流体与一些有效的电荷，他们所有。我们导出了一个新的动量方程，它应该在这样的环境中使用。因此，即使粒子没有被磁化，低频磁波也可以传播，这完全是由于电荷交换以及不可能将粒子分为带电和中性两种不同的粒子群。因此，在通常意义上，离子和中性粒子之间不可能存在摩擦力。每个粒子的平均力与电离比$n_i/(n_i+ n_n)$成比例。关于该理论在太阳低层大气中阿尔芬波传播的应用，结果预测，当阿尔芬波从粒子未磁化的区域（光球层）传播到粒子磁化的区域（色球层）时，流体的位移平面必须改变90度。由于我们在这里得到了最精确的截面，所以可以非常精确地确定阿尔芬波发生这种旋转的高度。
2015-11-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Large ion-neutral drift velocities and plasma heating in partially ionized coronal rain blobs
在本文中，我们提出了一个数值研究的动力学部分电离日冕雨滴。我们使用双流体模型进行高分辨率的二维模拟，考虑到等离子体中所含的带电粒子和中性粒子之间的碰撞相互作用。我们遵循冷等离子体凝结的演变，因为它通过一个等温的垂直分层的大气，代表了更热，更轻的日冕下降。我们研究了系统中存在的不同程度的碰撞耦合的后果。一方面，我们发现在团状物的致密核心处存在非常强的耦合，等离子体的带电和中性成分表现为单一流体，漂移速度可以忽略不计（几cm·s^-1）。另一方面，在斑点的边缘，耦合要弱得多，出现了较大的漂移速度（约为1 km s^-1）。此外，摩擦加热会导致在滴状物和电晕之间的过渡层处的温度大幅增加。我们第一次表明，这样大的漂移速度和温度的增强，可以开发作为一个结果，与日冕雨动力学的离子中性去耦。这可能导致来自日冕雨-日冕边界处的等离子体的增强发射，其具有过渡区温度。
2022-11-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Torsional Alfvén waves in solar partially ionized plasma: effects of neutral helium and stratification
离子-中性粒子碰撞可能导致色球和日珥等离子体中阿尔芬波的衰减。在一定温度区间内，中性氦原子的加入使阻尼增大，此时中性氦原子与中性氢原子的比例增大。因此，氢和氦的电离度的高度依赖性可能会影响阿尔芬波的阻尼率。研究了中性氦对太阳色球层分层部分电离等离子体中阿尔芬波的阻尼作用。我们考虑一个磁通量管，这是扩大到1000公里的高度，然后成为垂直由于合并与相邻的管，并研究线性扭转阿尔芬波的动力学存在的中性氢和中性氦原子。我们从三流体描述的等离子体，从而推导出单流体磁流体动力学（MHD）方程扭转阿尔芬波。薄通量管近似允许获得在管的下部的波的色散关系，而稳态Alfven波的空间依赖性由贝塞尔型方程在管的上部。对单流体MHD方程组进行连续推导，得到了一个新的中性氦Cowling扩散系数，它不同于以往所用的扩散系数。发现短周期（<5s）的扭转阿尔芬波在色球网络中由于离子-中性粒子碰撞而迅速衰减。另一方面，较长周期（> 5 s）的波不会到达过渡区，因为它们在网络核心中的较低高度处会消失。扭转阿尔芬波通过色球层进入日冕的传播应谨慎考虑：低频波由于分层而消失，而高频波由于离子中性碰撞而衰减。
2013-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Partially-ionised two-fluid shocks with collisional and radiative ionisation and recombination -- multi-level hydrogen model
本研究基于植入多能级氢模型的双流体PIP代码，模拟太阳色球层典型环境下的部分电离慢模激波，发现非平衡电离导致激波温度更低、压缩更强，指出用Rankine-Hugoniot条件推断低层大气激波性质可能有误。
2023-08-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
