Shear Alfvén Waves in Chaotic Magnetic Fields
Mathematical Sciences Institute, The Australian National University（澳大利亚国立大学数学科学研究所）；School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数学科学学院）
研究通过二次最小化通量表面方法，在混沌磁场中计算Shear Alfvén波谱，揭示扰动强度对波特性的影响及通量表面完整性对解的影响。
2025-11-26 physics.plasm-ph
The Parametric Decay Instability of Alfven waves in Turbulent Plasmas and the Applications in the Solar Wind
利用三维理想磁流体动力学（MHD）模拟研究了湍流等离子体中Alfven波的参数衰减不稳定性，并探讨了其在太阳风中的应用.我们发现，在一个广泛的参数范围内的背景湍流振幅，具有不同振幅的阿尔芬波的参数衰减不稳定性仍然可以发生，虽然它的增长率往往低于理论线性理论预测和在非湍流的情况下。参量衰变不稳定性产生的密度涨落的时空FFT分析与慢磁流体波的色散关系吻合得很好。这一结果可以解释在1天文单位观测到的太阳风中慢波的产生机制。它进一步突出了需要探讨密度变化在修改湍流特性以及在加热太阳风等离子体方面的影响。
2017-05-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Zero frequency zonal flow excitation by energetic electron driven beta-induced Alfven eigenmode
本文通过非线性回旋动理学理论揭示捕获高能电子驱动的β诱导阿尔芬本征模在增长阶段可激发零频率带状流，并指出高能电子贡献与热等离子体应力贡献相当。
2020-03-04 physics.plasm-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence IV: Laboratory Experiment
湍流是在整个空间和天体物理等离子体中发现的一种现象。它在太阳日冕加热、太阳风加速和星际介质加热中起着重要作用。在这些制度的湍流是占主导地位的阿尔芬波。大多数湍流理论都是使用理想等离子体模型建立的，例如不可压缩MHD。然而，一直没有实验证据来支持使用这种模型的弱到中度碰撞等离子体是相关的各种空间和天体物理等离子体环境。我们提出了第一个实验来测量两个反向传播的阿尔芬波，这是天体物理学湍流理论的基石之间的非线性相互作用。我们在这里提出了四个不同的测试，最终证明，我们确实测量的子阿尔芬波产生的非线性的碰撞之间的反向传播阿尔芬波。
2013-06-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the linear structure of the interlaced Alfvén vortices in the tail of Uranus at solstice
本研究针对天王星至日磁尾中的交错阿尔文涡旋，在理想磁流体动力学框架下推导其中心附近流动的线性结构，并用于解读快速自转天王星型行星3D模拟中的涡旋特征。
2025-03-19 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
An Alfvenic reconnecting plasmoid thruster
介绍了一种新的空间推进推力产生方案。当磁螺旋（链接磁场线）被注入环形通道时，高能推力以等离子体团（封闭磁回路中的受限等离子体）的形式产生。利用一种新的静态电场和磁场的配置，该概念利用电流片的不稳定性，通过磁重联自发地和连续地产生等离子体团。利用扩展的磁流体动力学模型，对产生的低温等离子体进行了全局环形模拟。由于系统大小的等离子体团是从重连点流出的阿尔芬外流，其推力与磁场强度的平方成比例，并且不理想地依赖于等离子体的离子种类的质量。排气速度在20至500公里/秒的范围内，可控的线圈电流，在模拟中观察到。
2020-11-09 physics.plasm-ph
The shear Alfvén continuum with a magnetic island chain in tokamak plasmas
用理想磁流体力学（MHD）理论研究了单岛链托卡马克的剪切阿尔文连续谱。我们已经考虑到环形几何形状和环形模式耦合的岛屿被认为是一个高度成形的仿星器。由于其极轴和环轴的不对称性，各种新的频率间隙在岛内部打开，例如螺旋诱导的阿尔文本征模（MAE）间隙和螺旋诱导的阿尔文本征模（HAE）间隙。我们已经表明，MAE间隙作为外环形阿尔文本征模（TAE）间隙到岛的延续。然而，随着岛屿的增长，合并的TAE/MAE间隙变得越来越窄，只剩下其原始宽度的一半，中等岛屿大小高达小半径的3.2%。此外，二维本征函数的连续模式的下尖端的MAE间隙现在有高度本地化的结构周围的岛屿的长轴，相反，通常的振荡的全球解决方案发现没有或低水平的环形不对称性-一个迹象表明的连续谱变得离散和密集。这些结果的频率，模式结构和连续阻尼的全球TAE驻留在间隙的影响。
2022-11-22 physics.plasm-ph
A multi-dimensional, robust, and cell-centered finite-volume scheme for the ideal MHD equations
提出一种用于理想MHD方程的多维网格中心有限体积格式，结合松弛与分裂技术，通过在保守版与满足熵条件的非保守版间局部切换，实现低等离子体beta等极端条件下的鲁棒高阶求解。
2024-09-23 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.plasm-ph
Sensitivity of alpha-particle-driven Alfven eigenmodes to q-profile variation in ITER scenarios
一个微扰混合理想MHD/漂移动力学的方法来评估α粒子驱动的阿尔芬本征模燃烧等离子体的稳定性是用来表明，某些预见的ITER的情况下，即IP = 15 MA基线的情况下，非常低和广泛的核心磁剪切，是敏感的背景磁平衡的微小变化。轻微的变化（1%的顺序）轴上的安全系数值被认为是导致大的变化的增长率，环形模式数，和径向位置的最不稳定的eigenmodesfound. The观察到的灵敏度示出从非常低的磁剪切值达到整个等离子体核心，提高问题的可靠预测α粒子运输燃烧等离子体。
2016-04-21 physics.plasm-ph
A comparison of incompressible limits for resistive plasmas
由于不可压缩性约束不影响理想的磁流体动力学（MHD）边缘稳定点，因此常被用来简化线性等离子体动力学的MHD描述。本文比较了在圆柱形等离子体模型中引入不可压缩性的两种方法：第一种方法采用极限$γ\to \infty$，其中$γ$是比热比;第二种方法采用各向异性质量张量$\mathbfρ$，平行于磁场的分量取为零，即$ρ_{\parallel} \to 0$。电阻MHD的使用揭示了这两个极限的性质，因为理想MHD的Alfvén和慢磁声连续谱被转换为点谱并移动到复平面中。这两个极限都深刻地改变了慢磁声谱，但只有第二个极限忠实地再现了电阻阿尔文谱及其波模。在理想MHD中，慢磁声连续谱在第一种方法中退化为Alfvén连续谱，而在第二种方法中它被移动到无穷远。在第一个简并被打破有限的电阻率。对于这些模型的数值和半解析研究，我们选择等离子体平衡投光在早期文献中发现的结果令人困惑的方面。
2004-05-03 physics.plasm-ph
Nonlinear evolution of short-wavelength torsional Alfven waves
本文分析了直磁通量管中填充低密度$β$等离子体和周围有低密度等离子体时扭转Alfvén波的非线性演化。这种磁管特别是模拟了日冕环或极地羽流的一部分。波长取为与管半径相当。我们使用理想磁流体力学进行数值模拟的波的传播。我们发现，扭转波非线性地诱导三种压缩流：在阿尔文速度的平行流，构成沿磁场，管波，并在径向方向上的横向流动，与香肠快磁声模式的散装等离子体运动。此外，非线性扭转波变陡，传播速度增加。后一种效应导致扭转波前的渐进畸变，即非线性相位混合。由于扭转波振幅在管半径上的固有不均匀性，非线性效应在具有较高振幅的区域中更加显著。在磁通管的轴线上，它们总是不存在。在波振幅的线性径向轮廓的情况下，非线性效应局限于管边界附近的环形区域中。因此，在太阳和恒星日冕中由扭转阿尔文波驱动的平行压缩流在垂直方向上基本上是不均匀的。波能附加汇的存在降低了扭转Alfvén波中非线性平行叶栅的效率。
2017-05-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
3D Alfven wave behaviour around proper and improper magnetic null points
背景：MHD波和磁零点都普遍存在于许多天体物理等离子体中，包括太阳大气。波和零点之间的相互作用被认为是局部加热事件的一种可能机制。目的：在这里，我们调查的瞬态行为的阿尔芬波完全三维适当的和不适当的三维磁零点。以前，Thurgood & McLaughlin（Astronomy & Astrophysics，2012，545，A9）考虑了三维冷MHD中零点处的快磁声波行为。研究方法：我们引入一个阿尔芬波到附近的正常和不正常的零点数值求解的理想，$β=0$ MHD方程使用LARE 3D代码。基于磁场线和磁通量的坐标系允许隔离所产生的波模并分析它们的相互作用。结果：我们发现，阿尔芬波传播整个区域，并积累附近的扇形面，导致电流建立。对于不同值的零点偏心率，定性行为的变化，只有通过实施各向异性脉冲膨胀，由于不同的速度，从脊柱的磁力线发散。对于所有的偏心率，我们发现，快波和阿尔芬波线性解耦。在驱动阶段，独立传播的快波是非线性产生的有质动力。随后，没有进一步的快波激发发生。结论：我们发现，阿尔文波理论的关键方面的二维零点直观地延伸到全三维的情况下，即波沿场线传播，从而积累在拓扑结构的可预测部分。我们还强调，与在2D的情况下，在3D阿尔芬波脉冲总是环形的，因此任何方面的2D阿尔芬波空模型，脉冲几何形状的特定必须重新考虑在3D。
2013-07-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Lorentz invariant "potential magnetic field" and magnetic flux conservation in an ideal relativistic plasma
定义了理想相对论等离子体中磁场的洛伦兹不变标量函数。这些不变量被等离子体流体运动平流输送，并起到R.躲在安里面。1，59（1983）在Ertel定理的线上。从这些不变量中，我们恢复了欧拉-拉格朗日变量映射中磁场分量的柯西条件。此外，所采用的程序使我们能够制定阿尔文定理的磁通量通过一个表面与等离子体的洛伦兹不变形式的守恒。
2018-08-10 physics.plasm-ph
Example of exponentially enhanced magnetic reconnection driven by a spatially-bounded and laminar ideal flow
在实验室和实际感兴趣的自然等离子体中，磁力线失去可重联性的空间尺度$Δ_d$与穿过磁力线的磁重联的尺度$a$有很大不同。在日冕中，等离子体电阻率给出了$a/Δ_d\sim10^{12}$，这是磁共振常数$R_m$。不同尺度悖论的传统解决方案是，与重连场$B_{rec}$相关联的电流密度$j$通过理想演化以$R_m$的因子集中，因此$ j\sim B_{rec}/μ_0Δ_d$。第二个解决方案是当在不同的时间点计算时，对于理想的演变，增加任意选择的磁场线对之间的最大与最小间隔的比率，$Δ_{max}/Δ_{min}$。当$Δ_{max}/Δ_{min}\sim R_m$ .一个简单的太阳日冕模型将用于数值说明，自然增长率的时间是线性的电流密度，但$Δ_{max}/Δ_{min}$的指数。重新连接发生在时间尺度上，并且电流密度仅由$\ln(a/Δ_d)$从理想的演化时间和电流密度$B_{rec}/μ_0a$增强。在这两种分辨率中，一旦足够宽的区域$Δ_r$发生重联，磁场就会失去静力平衡，并在阿尔夫维尼克时间尺度上演化。阿尔夫文演化本质上是理想的，但扩展了$Δ_{max}/Δ_{min}$较大的区域。
2021-05-22 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Axion magnetohydrodynamics and reconnection-driven axion bursts
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa（里斯本高等工程学院，里斯本理工学院）；GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（等离子体与核聚变研究所，里斯本技术学院，里斯本大学）
本文提出超越理想极限的轴子磁流体力学，保留轴子惯性和非理想等离子体本质物理。磁重联自然激发混合阿耳文-轴子模，实现磁场与轴子间的相干能量交换，导致中子星和磁星中磁重联驱动的暂态轴子爆发。
2026-05-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Exact Nonlinear Decomposition of Ideal-MHD Waves Using Eigenenergies
本文提出一种基于本征能量的新方法，用于精确分解非线性MHD波为慢波、阿尔文波和快波等分量，并通过三个非线性模拟验证其有效性，为分析动态MHD模拟输出提供了有力工具。
2024-02-08 astro-ph.SR math-ph math.MP
Fast Magnetic Reconnection: "Ideal" Tearing and the Hall Effect
磁重联的主要问题之一是具有开/关特性的触发行为的起源，一旦它被激活，在天体物理和实验室等离子体中爆炸事件的核心，快速磁能转换为动能和热能。在过去的十年里，通过等离子体团不稳定性和所谓的“理想”撕裂，在启动快速重联方面取得了进展，这种撕裂使曾经的电流片薄到临界的反纵横比$(a/L)_c$：如Pucci和Velli（2014）所示，在$(a/L)_c \sim S^{-1/3}$，不稳定性发展的时间尺度变为阿尔文时间的量级，并且与伦德奎斯特数无关（这里根据当前纸张长度$L$来定义）。然而，考虑到自然等离子体中$S$的大值，这种转变可能发生在与离子惯性长度$d_i$相当的内部电阻奇异层的厚度上。当这种情况发生时，霍尔电流产生磁场的三维四极结构，并且由霍尔效应引入的色散波加速了不稳定性。在这里，我们提出了一个线性的研究，显示如何“理想”撕裂模式的临界纵横比被修改时，霍尔效应被考虑在内，包括更一般的缩放法的增长率方面的片反纵横比：临界反纵横比被修改为$a/L \simeq (di/L)^ {0.29} (1/S)^{0.19}$，在这一点上的不稳定增长率成为Alfvénic和不依赖于任何（小）参数$d_i/L, 1/S$。我们讨论了最近开发的磁重联相图的广义触发纵横比的影响。
2017-04-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Low-$n$ global ideal MHD instabilities in CFETR baseline scenario
本文对中国聚变工程试验堆（CFETR）基线方案中不同第一壁位置的线性理想磁流体动力学（MHD）稳定性进行了评估。在分析中使用了初值码NIMROD和特征值码AEGIS。两个程序对理想导电第一壁不同位置的$n=1-10$理想MHD模的增长率计算结果吻合较好。较高的$n$模式占主导地位的气球模式和本地化的基座区，而较低的$n$模式有更突出的外部扭结组件和更广泛的模式配置文件。利用NIMROD研究了等离子体真空度分布和壁面形状的影响。利用AEGIS进一步研究了存在电阻壁时的低$n$理想MHD不稳定性。对于设计的第一壁位置，发现$n = 1$阻性壁模（RWM）是不稳定的，在Alfvén速度为2.9%以上时，可以通过均匀的环形旋转使其完全稳定.
2019-11-23 physics.plasm-ph
Magnetic reconnection: Self-similar current sheet collapse triggered by "ideal" tearing
利用MHD模拟方法研究了在高Lundquist数（$S\gg10^4$）下坍缩电流片中通过“理想”撕裂模的快速重联的发生和演化。我们首先确认，随着崩溃的进行，快速重联被触发之前，Sweet-Parker型配置可以形成：在线性阶段等离子体团迅速增长的几个阿尔文倍时，预测的“理想”撕裂阈值$S^{-1/3}$接近从上面;线性阶段后，初始不稳定性，X点崩溃和重组非线性。我们发现，这些引起的撕裂事件的层次结构重复越来越快，在越来越小的尺度上的电流片，对应于触发的“理想”撕裂在重整化伦德奎斯特数。在电阻性磁流体动力学中，这一过程应以微观尺度下亚临界（$S \leq10^4$）Sweet Parker片的形成而结束。我们提出了一个简单的模型描述的非线性递归演化，解释了初始片的破坏的时间尺度。
2015-10-22 physics.plasm-ph
Fast magnetic reconnection and the ideal evolution of a magnetic field
不管非理想效应有多小，经常观察到与磁场线路连接变化相关的现象发生在阿尔夫维尼克时间尺度上。由于当非理想效应为零时，磁场线连接在数学上是不可能改变的，因此理想的演化必然会自然地导致对非理想效应的无限灵敏度的状态。这种演变是自然的证明使用拉格朗日坐标的基础上的流速的磁场线。当磁场强度和由磁场施加的力都不随时间呈指数增长时，演化的磁场的拉格朗日表示受到高度约束。与这些约束一致的快速重联状态的发展（1）需要三维演化，（2）对非理想效应具有指数增加的灵敏度，以及（3）具有平行电流密度，其存在于指数变薄但指数变宽的带中，其幅度限于缓慢增长。这意味着当非理想效应足够小时，灵敏度的指数增长是快速磁重联的原因。电阻率乘以平行电流密度的非理想效应的增长太慢而不具有竞争力。
2019-03-10 physics.plasm-ph
The Generalized Nonlinear Ohm's Law: How a Strong Electric Field Influences Non-ideal MHD Effects in Dusty Protoplanetary Disks
原行星盘的磁流体动力学（MHD）受到盘内气体电离率低的非理想MHD效应的强烈影响。由气体运动引起的强电场可以加热电离的气体粒子，从而可以影响盘中的电离平衡。我们以前的研究表明，在尘埃原行星盘中，欧姆电导率随着电场强度的增加而减小，直到盘气体发生电击穿。在这项研究中，我们将我们以前的工作扩展到更一般的情况下，电场和磁场影响等离子体粒子的运动，使我们能够研究等离子体加热对所有非理想MHD效应的影响：欧姆，霍尔和双极扩散。我们发现，即使在存在磁场的情况下，我们先前推导出的电流的上限也适用。虽然霍尔和双极电阻率可以随电场强度而增加或减少，这取决于带电尘埃颗粒的丰度，但欧姆电阻率总是随电场强度而增加。一个数量级的估计表明，原行星盘内部气体运动产生的大规模电流可能超过上限。这意味着内盘的MHD运动，例如由霍尔剪切不稳定性驱动的运动，可能被抑制或触发电击穿（闪电放电）。这可能对原行星盘内部的气体吸积和球粒形成具有重要意义。
2019-05-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast magnetic reconnection: The "ideal" tearing instability in classic, Hall, and relativistic plasmas
磁重联被认为是天体物理学中许多爆炸现象的驱动力，从太阳到磁星和蟹状星云中的伽马射线耀斑。然而，经典MHD模型的重连率太慢，无法解释这样的观测结果。最近，人们意识到，当电流片变得足够薄时，撕裂不稳定性的重联率变得“理想”，在这个意义上，电流片在“宏观”阿尔夫文尼克时间尺度上不稳定，而不管等离子体的伦德奎斯特数。在这里，我们提出了2D可压缩MHD模拟在经典，霍尔和相对论制度。特别是，二次撕裂不稳定性的发病率内Hall-MHD的第一次调查。在相对论MHD的框架下，我们总结了Del Zanna等人[1]的主要结果：相对论撕裂不稳定性是非常快的，重联率是光穿越时间的倒数，这是解释高能爆炸现象所需要的。
2018-01-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast Magnetic Reconnection: Secondary Tearing Instability and Role of the Hall Term
在许多天体物理环境中，磁重联提供了爆炸性能量释放、等离子体加热和粒子加速的主要来源。近几年来，人们对磁流体撕裂不稳定性作为有效重联的驱动力的兴趣又重新燃起。已经确定的是，如果当前的片层纵横比变得足够小（对于给定的伦德奎斯特数$S\gg 1$，为$a/L \sim S^{-1/3}$），重联发生在理想的阿尔文时间尺度上，并且变得与$S$无关。在这里，我们调查，通过二维模拟，\emph{ideal}撕裂不稳定性的霍尔-MHD制度，这是适当的电阻层$δ$的宽度变得可比的离子惯性长度$d_i$。此外，我们详细研究了二次电流片的自发发展和重新连接，这对于高$S$自然调整到理想的纵横比，因此它们的演变进行得非常迅速。对于中等低的$S$，为了满足撕裂不稳定性开始所必需的条件$δ\ll a$，纵横比趋向于Sweet-Parker标度（$a/L \sim S^{-1/2}$）。当霍尔项被包括在内时，该次级非线性相位的重联率被增强，并且取决于比率$d_i/δ$，可以是相对于纯MHD情况的两倍，并且比线性相位大多达十倍。因此，薄电流片在霍尔-磁流体机制中撕裂不稳定性的演化自然会导致重连点的爆炸性破坏和超阿尔夫文时间尺度上的能量释放，这是解释天体物理观测所需要的。
2019-11-07 physics.plasm-ph
Newtonian CAFE: a new ideal MHD code to study the solar atmosphere
本文提出了一种新的程序，用于求解在恒定引力场作用下的三维经典理想磁流体力学（MHD）方程。该代码的目的集中在光球日冕区域内的太阳现象的分析。我们提出了1D和2D的标准测试，以证明我们的代码获得的数值结果的质量。作为太阳测试，我们目前的横向振荡的Alfvenic脉冲在日冕循环使用的2.5维模型，和3D测试，我们目前的传播脉冲产生的MHD-重力波和涡旋在太阳大气中。该程序基于高分辨率激波捕捉方法，采用HLLE通量公式，结合Minmod、MC和WENO 5重建器。发散自由磁场约束使用通量约束传输方法控制。
2015-09-01 astro-ph.SR gr-qc physics.comp-ph
Non-ideal magnetohydrodynamics on a moving mesh
在某些天体物理系统中，通常采用的理想磁流体力学（MHD）近似失效。在这里，我们介绍了新的显式和隐式的数值方案的欧姆电阻率项的动网格代码AREPO。我们包括这些非理想的条款两个MHD技术：鲍威尔8波形式主义和约束运输计划，它演变的细胞为中心的磁矢势。我们测试我们的实现对日益复杂的问题，如一维和二维扩散问题，以及渐进和静止的阿尔文波的演变。在这些测试问题上，我们的实现将解析解恢复到二阶精度。作为首次应用，我们研究了磁化等离子体中的撕裂不稳定性和旋转磁化气体云的引力坍缩。在这两种系统中，电阻率都起着关键作用。在前一种情况下，它允许撕裂不稳定性的发展，通过重新连接的磁场线。在后者中，所采用的欧姆电阻率（恒定）值对新兴原恒星周围的气体分布和磁驱动外流的质量负载都有影响。我们新的非理想MHD实现开辟了可能性，研究磁流体动力学系统的移动网格超越理想MHD近似。
2018-03-07 astro-ph.IM physics.plasm-ph
Activation of MHD reconnection on ideal timescales
实验室、空间和天体物理等离子体中的磁重联常被用来解释爆炸性能量释放和粒子加速。然而，在宏观MHD制度中的经典模型中涉及的时间尺度太慢，无法与观测相匹配。在这里，我们重温撕裂不稳定性进行粘阻二维数值模拟薄电流片的演变，为各种初始配置和伦奎斯特数$S$的值，直到$10^7$。结果证实，当重连电流片达到$S^{1/3}$的临界纵横比时，不稳定性在理想（Alfvénic）宏观时间尺度上进行，这是解释观测所需的。此外，相同的缩放被认为也适用于本地，二次重连事件在撕裂不稳定的非线性阶段触发，从而加速级联过程越来越小的空间和时间尺度。该过程似乎是强大的，因为预测的缩放测量在无粘模拟和使用普朗特数$P=1$时，在粘性制度。
2016-10-12 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph
Stochastic Line-Motion and Stochastic Conservation Laws for Non-Ideal Hydromagnetic Models. I. Incompressible Fluids and Isotropic Transport Coefficients
我们证明了非理想（粘性和电阻）不可压缩磁流体动力学方程的光滑解满足通量守恒的随机律。这个属性涉及从一个给定的，固定的表面通过平流它在时间上向后扰动下的等离子体速度与随机白噪声的表面的合奏。结果表明，通过固定表面的磁通量等于在较早的时间通过表面系综的磁通量的平均值。这一结果与著名的理想磁流体力学的阿尔芬定理类似，并且对任何磁普朗特数都有效。第二个随机守恒定律被证明在单位普朗特数下成立，这是由Bekenstein-Oron对理想MHD导出的广义Kelvin定理的随机版本。这些随机守恒律不仅被证明是非理想MHD方程的结果，但事实上被证明是等价于这些方程。我们得出类似的结果，两个更精细的磁流体模型，霍尔磁流体力学和双流体等离子体模型，仍然假设不可压缩的速度和各向同性的输运系数。最后，我们利用这些结果简要讨论了磁流体湍流的无限雷诺数极限，并支持通量守恒在该极限下保持随机性的猜想。
2008-11-30 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Fast reconnection in relativistic plasmas: the magnetohydrodynamics tearing instability revisited
磁主导等离子体中的快速重联经常被用于磁星巨耀斑模型，脉冲星风中的磁耗散，或解释蟹状星云中观测到的伽马射线耀斑，因此它的研究在高能天体物理学中至关重要。在这里，我们研究，通过二维数值模拟，线性相位和随后的非线性演化的撕裂不稳定性的相对论电阻磁流体力学的框架内，适当的情况下，阿尔文速度接近光速。研究发现，不稳定性的线性相位与经典MHD中的分析非常吻合，在经典MHD中，增长率与伦德奎斯特数S成S^-1/2的比例，唯一的例外是由于热能和磁能的贡献而增加的惯性项。此外，当考虑纵横比为S^-1/3的反比的薄电流片时，恢复了所谓的“理想”撕裂状态，模式的增长与S无关，并且非常快，只有几个光穿过片长度的时间。波动的整体增长被认为是完全取决于背景阿尔芬速度的值。在完全非线性阶段，我们观察到一个朝向基模的逆叶栅，Petschek型超声速射流从X点以外部Alfven速度传播，并且在预测值R~（ln S）^-1处有一个快速的重联速率。
2016-05-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Problematic nature of plasmoid theory of magnetic reconnection
等离子体团理论使用双坐标模型来解释快速磁重联，它发生在阿尔夫温克，而不是电阻时间尺度上，在等离子体中，在接近理想的极限。主要应用是三维自然发生的等离子体。适用于所有磁场的磁场表示法允许比较环形和自然等离子体中的磁演化特征。这种比较说明了为什么磁场演化的等离子体模型不是麦克斯韦方程组的鲁棒解。尽管有500篇关于等离子体团模型的论文，但它们对快速磁重联的描述是有问题的。
2019-04-25 physics.plasm-ph
Resistive instabilities in sinusoidal shear flows with a streamwise magnetic field
在具有有限电阻率和粘性的不可压缩磁流体力学（MHD）框架下，研究了初始均匀流向磁场作用下正弦剪切流的线性稳定性。在流体动力学的情况下，这种流动是不稳定的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。在理想MHD中也是如此，其中耗散被忽略，只要磁场强度不超过临界阈值，超过该临界阈值，磁张力使流动稳定。在这里，我们证明，包括粘度和电阻率引入两种新的模式的不稳定性。其中一种模式，我们称之为连续不稳定阿尔芬波，因为它与剪切阿尔芬波有关，存在于任何非零磁场强度，只要磁普朗特数$Pm < 1$。我们提出了一个简化的模型，揭示了它的激发机制是由Dubrulle和Frisch（1991）描述的周期性剪切流的负涡粘性。最后，我们证明了这种模式的饱和在一个准稳态占主导地位的反向传播孤子。
2022-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effective Field Theories in Magnetohydrodynamics
本文回顾了湍流等离子体中磁场演化的最新进展，强调运动方程重整化、自发随机性及用磁路径线替代磁场线等方法，指出磁流体动力学方程应被视为参数随尺度变化的有效场理论，并以磁重联问题为例进行了说明。
2025-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Linear and nonlinear MHD mode coupling of the fast magnetoacoustic wave about a 3D magnetic null point
背景：在二维模型中，日冕磁零点被认为是局部加热事件的可能位置。我们调查这种可能性完全三维零点。目的：我们调查的性质的快速磁声波关于一个完整的三维磁零点，在其传播的具体利益，我们寻找证据的MHD模式耦合和/或转换到Alfvén模式。研究方法：构造了一个特殊的场线和磁通基坐标系，允许在适当和不适当的三维零点附近引入纯快磁声波。本文考虑了理想β = 0的MHD方程，用LARE 3D数值程序求解。利用特殊的坐标系分离和识别了合成波的各组成模式。数值结果得到了支持的分析工作来自微扰理论和线性实施的WKB方法。结果如下：一个最初的纯快波被发现是永久解耦的Alfvén模式的线性和非线性的适当和不适当的三维零点。纯快模式还产生并维持沿平衡磁场排列的非线性扰动。由此产生的纯快速磁声脉冲具有瞬态行为，这被发现是由（平衡）阿尔文速度分布，和折射效应集中所有的波能量向零点。结论：因此，以前2D工作的主要结果确实可以延续到完全3D磁零点，
2012-08-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
"Ideal" tearing and the transition to fast reconnection in the weakly collisional MHD and EMHD regimes
本文讨论了在无碰撞极限下薄电流片中撕裂不稳定性向快速增长的转变，其中电子惯性驱动重联过程。先前已经提出，在电阻性MHD中，对于具有宏观长度L的当前片材，存在可以达到的自然最大纵横比（片材长度和宽度与厚度的比率），极限由撕裂模式增长时间与宏观尺度上计算的阿尔文时间具有相同数量级的事实提供（Pucci和Velli（2014））。对于具有小于临界纵横比的电流片，随着Lundquist数S的增加，归一化增长率趋于零，而对于具有大于临界纵横比的电流片，增长率随S发散。在这里，我们进行了类似的分析，但与电子惯性作为违反磁通量守恒的长期：以前发现缩放的临界电流片的长宽比与伦德奎斯特数一般化，包括依赖的比例$(d_e/L)^2$，其中德是电子集肤深度，它表明，有限制缩放，如在电阻的情况下，导致在理想的时间尺度上增长的重连模式。然后考虑有限拉莫尔半径效应，并提出基于“理想”重联的重新标度论点来解释电流片演化数值模拟中自然出现的二次快速重联状态。
2015-10-30 physics.plasm-ph
The effect of plasma expansion on the dispersion properties of MHD waves
本文基于EBM中的理想膨胀MHD方程推导一阶色散关系，揭示太阳风径向膨胀如何改变Alfvén波及快慢磁声波，并阐明多方指数模型对快磁声模式远日球层加速的影响。
2025-06-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Wave Topology in Hall MHD
该研究推导了霍尔MHD波的完整谱和本征向量，证明其波谱与理想MHD同伦且无额外分支，并揭示了由外尔点和非零陈数表征的非平凡拓扑结构。
2025-10-27 physics.plasm-ph
Fast Magnetic Reconnection and Spontaneous Stochasticity
天体物理等离子体中的磁场线在比离子回旋半径更大的尺度上被冻结。尺度远大于回转半径的磁通量结构的快速重联需要打破标准的阿尔文磁通冻结定律。我们把这种故障无处不在的MHD等离子体湍流与幂律标度范围内的速度和磁能谱。拉格朗日粒子轨迹在这样的环境中成为“自发随机”，使得无限多的磁场线被平流到每个点，并且必须被平均以获得合成磁场。到达同一终点的初始磁场线之间的相对距离取决于两粒子湍流弥散的性质。我们发展预测的基础上的唯象Goldreich和Sridhar理论的强MHD湍流和弱MHD湍流理论。我们恢复了Lazarian & Vishniac理论对大尺度磁结构重联率的预测。拉扎里安和维什尼亚克也援引了“自发随机性”，但场线，而不是拉格朗日轨迹。最近的快速磁重联理论呼吁微观等离子体过程，导致额外的条款，在广义欧姆定律，如碰撞霍尔条款。我们定量地估计了这些过程对惯性范围湍流动力学的影响，发现它们在大多数天体物理环境中是可以忽略不计的。例如，当离子趋肤深度$δ_i$远小于湍流积分长度或注入尺度$L_i.$时，Lazarian-Vishniac理论的预测在具有扩展惯性范围的Hall MHD湍流中不变
2011-08-17 astro-ph.GA physics.plasm-ph
