A family of Vlasov-Maxwell equilibrium distribution functions describing a transition from the Harris sheet to the force-free Harris sheet
我们讨论了一个家庭的弗拉索夫-麦克斯韦平衡分布函数的电流片平衡之间的哈里斯表和无力（或修改）哈里斯表的中间情况。这些平衡分布函数对空间和天体物理等离子体有潜在的应用。Harrison和Neukirch在2009年简要讨论了这些分布函数的存在性，但这里表明，他们的方法在引导场趋于零的极限中遇到了问题。这个问题的性质将被讨论，并提出一种替代方法，以避免这个问题。这是通过考虑磁场分布的轻微变化来实现的，这允许哈里斯和无力哈里斯片情况之间的平滑过渡。
2020-05-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the Effect of Driving Turbulent-like Fluctuations on a Harris-Current Sheet Configuration and the Formation of Plasmoids
本文通过二维 particle-in-cell 模拟研究湍流涨落对无碰撞正负电子对等离子体中 Harris 电流片磁重联的影响，发现湍流可改变重联起始与演化，并存在尺度依赖的涨落振幅阈值，超过该阈值会抑制磁岛成长。
2024-08-06 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Geometry of Magnetic Reconnection Induced by Ballooning Instability in a Generalized Harris Sheet
本文首次报道了广义Harris单中由气球不稳定性引起的磁重联过程的三维几何结构。准分界线层的空间分布和结构，以及它们的时间出现和演变，表明相关的磁重联只能发生在一个三维的几何形状，这是不可约的任何二维重联过程。这一发现为亚暴爆发问题的长期争论提供了一个新的视角，并阐明了重联和气球不稳定性的综合作用。它还与先前在各种自然和实验室等离子体中发现的3D重连过程的普遍存在有关。
2017-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Interaction of a spatially uniform electron beam with a rotational magnetic hole in a form of a Harris current sheet
University of Salford（索尔福德大学）
本研究通过PIC模拟探究空间均匀电子束与Harris电流片形式旋转磁孔的相互作用，发现电流片宽度小于电子回旋半径时准线性弛豫受阻，部分解释太阳风电子束传播距离超准线性理论预测的现象。
2025-09-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
An exact collisionless equilibrium for the Force-Free Harris Sheet with low plasma beta
本文首次讨论和分析了一维非线性无力磁场的一种新的精确无碰撞平衡态，即无力Harris片的物理性质。该解决方案允许任何值的等离子体β，关键是低于统一，这是以前的非线性无力无碰撞平衡不能。该分布函数包含正则动量的Hermite多项式的无穷级数，其重要的数学性质收敛性和非负性最近已被证明。图的分布函数的等离子体β适度低于团结，我们比较的形状分布函数在两个速度方向的麦克斯韦分布。
2015-10-26 math-ph math.MP physics.plasm-ph
The Weibel Instability inside the Electron-Positron Harris Sheet
最近的电子-正电子重联的全粒子模拟表明，韦伯不稳定性在控制电流层的动力学和维持快速重联中起着积极的作用。一个四束模型的发展，探讨不稳定性的发展在一个狭窄的电流层特性的重联。问题归结为两个耦合的二阶微分方程，其增长的本征模通过渐近近似和有限差分方法得到。全粒子模拟证实了线性理论，并有助于探索非线性发展的不稳定性。重联流出射流中的电流层加宽与高速流动粒子在韦伯产生的平面外磁场中的散射有关。
2009-01-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
Exact Vlasov-Maxwell equilibria for asymmetric current sheets
美国航天局磁层多尺度飞行任务首次对地球磁层顶的非对称磁重联进行了现场扩散区和动力学尺度分辨率测量。目前用于模拟无碰撞非对称重联的主要理论工具是粒子模拟。许多非对称无碰撞重联的粒子模拟都是从一个非对称的哈里斯型磁场开始的，但其分布函数并不是弗拉索夫方程的精确平衡解。我们提出了新的和精确的平衡解的Vlasov-Maxwell系统是自洽的一维非对称电流片，与非对称的哈里斯型磁场的档案，加上一个恒定的非零的引导场。分布函数可以表示为四个移位麦克斯韦分布函数的组合。这种平衡描述了一个磁场配置比以前已知的精确解具有更多的自由度，并具有不同的整体流动特性。
2017-09-08 physics.plasm-ph
Plasmoid identification and statistics in two-dimensional Harris sheet and GRMHD simulations
本研究开发了一种结合分水岭与闭合轮廓的等离子体团识别算法，应用于黑洞吸积盘和Harris片层模拟，发现等离子体团尺寸呈幂律分布，且电阻性模拟中发生率更高，形成率与磁通量减少正相关。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-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
Richtmyer-Meshkov Type Instability of a Current Sheet in a Relativistically Magnetized Plasma
研究了在引导磁场作用下，电流片在冲击波作用下的线性稳定性。我们发现，相对论磁化等离子体中的电流片总是表现出Richtmyer-Meshkov型不稳定性，但它依赖于牛顿极限下的密度结构。不稳定性的增长预计会在电流片周围产生湍流，这可以诱导所谓的湍流重联，其速率基本上不受等离子体电阻率的影响。因此，在脉冲星风星云、伽马射线暴和活动星系核等高能天体物理现象中，冲击波可能起着至关重要的作用。
2012-09-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Plasma sheet structure in the magnetotail: kinetic simulation and comparison with satellite observations
我们使用的哈里斯电流片的三维动力学模拟的结果，提出了一个解释，并重现ISEE-1/2，Geotail，和集群观测的磁尾电流片结构。电流片拍动，电流密度分叉，和重联解释的结果的扭结和撕裂的不稳定性，占主导地位的电流片的演变。
2003-12-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Darwin-Vlasov Simulations of magnetized Plasmas
我们提出了一个新的Vlasov代码的非相对论性制度的无碰撞等离子体。达尔文近似用于抑制电磁真空模式。空间积分基于Filbet等人[J. Comp. Phys. Vol.172（2001）166]引入的通量守恒方案的扩展。性能和准确性证明了它的两个测试用例，包括哈里斯片磁重联的情况下，通过比较一个标准的有限差分方案。这种比较表明，该计划是一个有前途的替代有限差分格式。
2006-01-31 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Theory of one-dimensional Vlasov-Maxwell equilibria: with applications to collisionless current sheets and flux tubes
我们研究在一个空间维度的弗拉索夫-麦克斯韦平衡的理论，以及它的应用到电流片和磁通管模型。“逆问题”是确定与给定磁场自洽的弗拉索夫-麦克斯韦平衡分布函数。我们发展的反演理论，使用厄米多项式的正则动量的扩展。在给定压力张量的情况下，我们找到了厄米展开式收敛的充分条件。对于大类的DF，我们证明了非负的分布函数是偶然的等离子体的磁化强度，并使所有类的示意图。反问题被认为是非线性的“无力哈里斯片”。通过应用Hermite方法，我们首次构造了能够描述等离子体β $(β_{pl})$亚单位值的新模型。虽然证明了所有$β_{pl}$的解析收敛性，但$β_{pl}= 0.85$和$β_{pl} = 0.05$的数值收敛性在“重新测量”过程后得到。我们认为，压力张量必须满足的属性是一致的“不对称哈里斯单”，并构造新的例子。在某些情况下，可以用解析法求解反问题，而在另一些情况下，则必须用数值方法求解。我们提出了新的精确的非对称电流片的弗拉索夫-麦克斯韦平衡，它可以被写为移动麦克斯韦分布的总和，理想的实现在细胞中的粒子模拟。本文研究了圆柱几何中微观和宏观平衡描述之间的对应关系，并试图寻找非线性无力Gold-Hoyle模型的Vlasov-Maxwell平衡。然而，有必要包括背景场，如果需要的话，背景场可以是任意弱的。平衡可以是电非中性的，这取决于整体流量。
2017-10-03 physics.plasm-ph
Onset of fast "ideal" tearing in thin current sheets: dependence on the equilibrium current profile
在本文中，我们研究的标度关系的触发的快速，或“理想”，撕裂不稳定性从平衡配置相关的天体物理以及实验室等离子体不同于简单的哈里斯电流片配置。我们提出了线性撕裂不稳定性分析的平衡磁场，其中a）去到零的边界的域和b）包含一个双电流片系统（后者以前研究作为一个carnival代理的m=1扭结模式在圆柱形等离子体）。更一般地说，我们讨论的临界纵横比缩放的增长率成为独立的Lundquist数$S$，在不稳定模式的波数$k$的$Δ'$参数的依赖性。在小$k$的缩放$Δ'(k)$与$k$被发现广泛地分类不同的平衡：临界纵横比可能甚至小于$L/a \sim S^α$与$α=1/3$最初发现的哈里斯电流片，但存在一个一般的下限$α\ge1/4$。
2018-01-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection and particle acceleration in 3D current sheet evolution in moderately-magnetized astrophysical pair plasma
磁重联是一种将磁能转化为粒子动能的等离子体过程，常被用来解释脉冲星风星云和黑洞喷流等天体物理源中高能耀斑的磁能释放。重联通常被视为撕裂不稳定性破坏薄电流片的非线性演化（基本上是二维的）。为了测试这个过程在3D中是如何运作的，我们进行了一个全面的粒子模拟研究，比较了中等磁化、无碰撞、相对论热的电子-正电子等离子体中长而薄的电流片的2D和3D演化，并发现了巨大的差异。我们首先系统地描述了这个过程中的二维，经典的，分层的等离子体团链重连决定能量释放，并探讨了广泛的初始配置，引导磁场强度，和系统的大小。然后，我们表明，类似的配置的三维模拟表现出多样性的行为，包括一些能量释放是由非线性相对论漂移扭结不稳定性。因此，3D电流片的演变并不总是从根本上经典的重新连接与扰动的3D效果，而是一个复杂的相互作用的多个线性和非线性不稳定性，其相对重要性敏感地依赖于周围的等离子体，未成年人的配置细节，甚至随机事件。它通常产生比2D更慢但更持久的最终更大的磁能释放。有趣的是，非热粒子加速非常稳健，这取决于上游磁化和引导场，但在2D和3D中产生类似的粒子能量谱。虽然潜在的电流片行为的多样性是有趣的，但整体能量释放和粒子谱的相似性可能更显着。
2021-12-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Triggering tearing in a forming current sheet with the mirror instability
我们使用混合动力学粒子模拟方法研究了磁化、无碰撞、高β等离子体中电流片（CS）随时间的形成和演化。一个初始撕裂稳定的哈里斯片冻结成一个持续驱动的不可压缩流，使其特征厚度逐渐减少的时间。随着CS变薄，重连场的强度增加，并且流入流体元素中的绝热不变性产生具有过量垂直压力的场偏置压力各向异性。在大的等离子体β，这种各向异性激发镜的不稳定性，这使离子拉莫尔尺度上的重连场变形，并大大降低了CS的有效厚度。撕裂模式的波长与镜子的波长相当，然后变得不稳定，触发更小规模的重联，并在更早的时间比会发生的，如果变薄CS保留其哈里斯轮廓。一种新的方法，用于识别和跟踪X点的介绍，产生的X点分离，最初是在上游等离子体中的垂直和平行的镜面波长之间的中间。这些镜像刺激撕裂模式最终增长和合并产生的CS厚度相媲美的岛宽度，结果，我们验证了在一系列的CS形成时间尺度和初始CS宽度。我们的研究结果可能会发现他们最直接的应用在撕裂破坏的磁褶皱产生的湍流发电机在弱碰撞，高β，天体物理等离子体。
2022-02-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Regimes of magnetic reconnection in colliding laser-produced magnetized plasma bubbles
利用粒子模拟方法，对最近的磁化激光等离子体碰撞实验中的驱动磁重联进行了多参数研究。通过改变背景等离子体密度、等离子体电阻率和等离子体气泡的几何形状，二维模拟显示了丰富多样的重联行为，并显示了磁重联与系统整体流体动力学演化之间的耦合。我们考虑两个径向膨胀的气泡之间的碰撞，其中重联是种子预先存在的X点，和两个流之间的碰撞在准一维几何形状与最初的反平行领域的重联必须启动撕裂不稳定性。在这两种几何形状中，在低碰撞性和低背景密度的基线情况下，电流片被强烈压缩到离子趋肤深度尺度以下，并且快速，多等离子体团重连结果。增加等离子体的电阻率，我们观察到碰撞减慢的重联和稳定的等离子体团不稳定的Lundquist数小于约$S \sim 10^3$。其次，增加背景等离子体密度修改了等离子体的可压缩性，并且还可以通过防止电流片变薄到离子趋肤深度的尺度来减慢或甚至防止重连，即使在完全无碰撞的情况下。这些结果的影响，了解最近和未来的实验，这些实验的质子射线照相诊断过程中的签名进行了讨论。
2018-06-13 physics.plasm-ph
Three-dimensional evolution of magnetic and velocity shear driven instabilities in a compressible magnetized jet
在电阻磁流体力学框架下，研究了用平面中性/电流双涡面模拟的可压缩磁化射流的三维磁场和速度剪切联合驱动的不稳定性问题。流+电流片相互作用所产生的动态进行了分析，并考虑了基本字段的可变几何形状的影响。根据基本的渐近磁场位形，可以得到线性不稳定模式的选择规则。因此，该系统遵循两阶段的路径发展，要么通过一个完全三维的动态与快速演变的扭结模式导致最终的湍流状态，或者更确切地说，通过一个驱动二维不稳定模式，发展上的平行平面上的重连+合并过程发生。
2009-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Onset of secondary instabilities and plasma heating during magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar atmosphere
在一个2.5维多流体等离子体中性反应模型中，数值研究了太阳低层大气（距太阳表面约$300-800$ ~km）弱电离等离子体中不同空间尺度和不同高度的磁重联.我们考虑了强磁化等离子体（$β\sim 6\% $）从无力的磁位形演化而来，并被扰动以初始化重联电流片的形成。在大尺度上，观察到产生的电流片进行二次“等离子体团”不稳定性。一系列不同尺度下的模拟结果显示了一个级联电流片形成过程，该过程终止于宽度约为2 m，长度为$\sim100$ ~m的电流片，对应于临界电流片纵横比为$\sim50$。我们还观察到，等离子体团的不稳定性是主要的物理机制加速磁重联在这个等离子体参数制度。在等离子体团不稳定性出现后，重联率急剧增加到$\sim$ 0.035，观察到与Lundquist数无关。这些特征与完全电离等离子体中的磁重联非常相似。在这个低$β$导场重联制度，重组和碰撞的影响被观察到有一个小的贡献重联率。模拟结果表明，在磁重联过程中，将稠密的弱电离光球等离子体加热到$2\times10^4$ ~K以上是困难的。然而，当重联磁场为$500$ ~G或更强时，低太阳色球层中的等离子体可以被加热到$3\times10^4$ ~K以上。
2018-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Force-free collisionless current sheet models with non-uniform temperature and density profiles
我们提出了一类一维的，严格中性的，Vlasov-Maxwell平衡分布函数的无力电流片，磁场定义的雅可比椭圆函数，扩展的结果Abraham-Shrauner（物理等离子体20，102117，2013），以允许非均匀的密度和温度分布。为了实现这一点，我们使用了Kolotkov等人（Phys. Plasmas 22，112902，2015）先前应用于无力Harris片的方法。在参数的一个限制下，我们恢复了Kolotkov等人的模型，而另一极限给出线性无力场。我们讨论的参数条件，使分布函数总是积极的，并给出表达式的压力，密度，温度和散装流的平衡速度，讨论与以前的模型的差异。我们还提出了一些说明图的分布函数在速度空间。
2017-08-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Machine-Learning Characterization of Intermittency in Relativistic Pair Plasma Turbulence: Single and Double Sheet Structures
针对磁化等离子体湍流中间歇性的认知难题，提出基于多特征统计相似性的机器学习湍流结构聚类方法，在对等离子体湍流模拟中识别出电流片与双片两类间歇性结构，为 realistic 湍流亚网格模型构建提供关键依据。
2025-05-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fast magnetic reconnection in highly-extended current sheets at the National Ignition Facility
在国家点火装置上观测到了磁化激光等离子体之间的快速磁重联。通过平铺两排激光器产生两个高度拉长的等离子体羽流，每个羽流中通过比尔曼电池效应产生磁场。详细的磁场观测，从质子照相使用D $^3$ He胶囊内爆，揭示重联发生在一个扩展的，准一维电流片与大纵横比$\sim 100$。一维几何允许严格和独特的重建的磁场，它显示了一个重联电流片，减薄到半宽度接近电子陀螺标度。尽管纵横比很大，大部分的磁通量重新连接，这表明快速重联支持的非回旋电子压力张量。
2020-03-13 physics.plasm-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
A coupled guiding center-Boris particle pusher for magnetized plasmas in compact-object magnetospheres
我们提出了一种新的数值模拟方案的相对论性带电粒子在磁层的致密物体，通常充满了高度磁化的无碰撞等离子体的运动。新算法是基于一个完整的运动方程系统和指导中心近似之间的动态切换。这两种公式之间的切换是基于等离子体粒子的磁化，使得即使在陀螺频率被时间步长欠分辨时，动态也被引导中心运动准确地捕获。对于具有大回转半径的粒子，由于例如，重新连接当前片，算法自适应地切换到求解完整的运动方程。新的计划是直接兼容的标准粒子在细胞的代码，是很容易适用于弯曲时空通过一个专用的协变配方。我们测试的耦合算法的性能，通过不断变化的带电粒子在电磁配置中的重新连接电流片磁化等离子体，从特殊和一般的相对论粒子在细胞模拟。新的耦合推杆是能够产生高度精确的粒子轨迹，即使当时间步长是许多数量级大于陀螺周期，大大减少了时间分辨率的限制。
2020-11-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Control of a Uniformly Magnetized Plasma with External Electric Fields
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究通过外部电场稳定等离子体动力学，提出基于色散关系根位置控制的策略，抑制不稳定性并验证其有效性。
2026-03-17 cs.NA math.AP math.NA
Effects of Multi-scale Coupling on Particle Acceleration and Energy Partition in Magnetic Reconnection
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本研究通过粒子-网格模拟探讨了磁重联中多尺度耦合对粒子加速和能量分配的影响，发现次级电流片和湍流主导能量耗散，改变非热粒子分布。
2025-11-20 physics.plasm-ph
Velocity-Space Cascade in Magnetized Plasmas: Numerical Simulations
在二维空间几何中，通过直接数值模拟研究等离子体湍流。使用混合Vlasov-Maxwell模型，我们研究了速度空间级联的可能性。Servidio { \it et al.} [PRL，{ \bf 119}，205101（2017）]，由应用于航天器测量的三维Hermite分解支持，表明离子速度分布的速度空间波动遵循宽带幂律Hermite谱$P(m)$，其中$m$是Hermite指数。我们数值探讨这些机制在一个更磁化制度。我们发现：（1）由于外加磁场的存在，等离子体在速度空间中表现出光谱各向异性（2）能量分布遵循上述理论-观测工作中提出的预测$P(m)\sim m^{-2}$;（3）速度-空间活动在空间上是间歇性的，在相干结构（如湍流产生的重连电流片）附近增强。这些结果对弱碰撞等离子体的非线性动力学研究具有重要意义。
2018-03-06 physics.plasm-ph
Magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar chromosphere
采用MHD方法模拟了2.5维多流体反应模型中部分电离等离子体，研究了太阳低层大气温度极小区附近强磁化区的磁重联.结果表明，在低$β$等离子体中，在没有磁零点的情况下，电离和中性流体流在整个重联区域中耦合良好。然而，非平衡电离-复合动力学在确定重联区域的结构中起着关键作用，与假设等离子体处于电离-复合平衡的模拟相比，非平衡电离-复合动力学导致低得多的温度升高和更快的磁重联速率。即使初始等离子体$β$与$β_0=1.46$一样高，等离子体的中性成分的电离速率也总是快于电流片区域内的复合。当重联磁场超过千高斯并且等离子体$β$低于0.0145时，初始弱电离的等离子体可以在重联区域内变得完全电离，并且电流片可以被强烈加热到$2.5\times10^4$ ~K以上，即使大部分碰撞耗散的磁能被辐射走。霍尔效应略微增加了重联率，但在没有磁零点的情况下，它不会导致显著的不对称性或将重联电流片的特性改变到米级。
2017-12-22 astro-ph.SR 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
Magnetic field structure of relativistic jets without current sheets
我们提出了一个分析类的平衡解的结构的相对论剪切和旋转磁化射流不包含边界电流片。我们证明了这些解决方案的整体动力学稳定性，最重要的是，一个更好的数值电阻稳定性比常用的无力结构，不可避免地需要耗散的表面电流的存在。射流的体积受到外部压力的限制，表面上没有压力梯度。我们计算预期观察到的属性，这样的射流。考虑到这些解的简单性，我们建议将它们作为相对论性喷流模拟的有用初始条件。
2011-10-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamics of rising magnetized cavities and UHECR acceleration in clusters of galaxies
研究了活动星系核喷流在星系团中产生的低密度空洞的膨胀。这些空腔的长期稳定性需要存在链接的磁场。我们发现的解决方案描述的自相似膨胀的结构包含大规模的电磁场。与无力的spheromak状配置不同，这些解决方案没有表面电流，因此不易受电阻衰减的影响。空腔内部受外部压力限制，表面梯度为零。如果腔内等离子体的绝热指数为$Γ>4/3$，则膨胀最终导致大尺度电流片的形成。由此产生的磁场耗散只能部分抵消无线电发射电子的绝热和辐射损失。我们证明，如果大规模的电流片的形成伴随着爆炸重联的磁场，由此产生的重联层可以加速宇宙射线超高能。我们推测，朝向半人马座A的UHECR的增强的通量起源于由于磁重联的空腔。
2011-05-30 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Three-dimensional spontaneous magnetic reconnection in neutral current sheets
通过可压缩磁流体动力学模拟研究了反平行均匀Harris电流片平衡中的磁重联，该电流片平衡最初被一个在所有三个维度上受限的增强电阻率区域扰动。可变电阻率，耦合到等离子体的动态的电子-离子漂移速度标准，在演变过程中使用。一个阶段的磁重联随时间放大，并导致喷发能量释放被触发，只有当初始扰动是强烈拉长的方向上的电流流动，或者如果异常电阻率的发病阈值显着低于在相应的二维情况下。一个类似Petschek的配置，然后建立了\sim 100阿尔芬倍，但仍然局限于第三维。随后，在系统的中心处发生拓扑改变为O形线（"二次撕裂“）。这导致增强的和随时间变化的重新连接，第二对沿O线定向的流出射流，并将重新连接过程扩展到第三维。高平行电流密度分量主要在电阻率增强区域附近产生。
1999-12-21 astro-ph physics.plasm-ph
Force-free current sheets in the Jovian magnetodisk: the key role of electron field-aligned anisotropy
本研究考察木星磁层盘中由电子场向双向流支撑的新型近无力电流片位形，发现双向流使电子热各向异性接近火管不稳定性阈值并导致强磁场剪切，利用Juno数据揭示了其内部结构与形成机制。
2023-01-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Weak Alfvénic turbulence in relativistic plasmas II: Current sheets and dissipation
在黑洞吸积盘和中子星磁层中激发的阿尔文波是相对论性磁化等离子体中湍流的基石。在这些系统中可获得大量的磁能，使得即使在弱湍流状态下也可显著加热等离子体。我们进行高分辨率的三维模拟的反向传播的阿尔文波，显示出一个$E_{B_{\perp}}(k_{\perp}) \propto k_{\perp}^{-2}$能谱的发展作为一个结果的弱湍流级联在相对论磁流体力学和它的无限磁化（无力）的限制。等离子体湍流无处不在地产生电流片，这些电流片充当磁能耗散的位置。我们表明，电流片的形式作为一个自然的结果，非线性相互作用之间的反向传播阿尔文波。这些电流片的形成是由于细长的涡流的压缩，由增长的高阶模式引起的剪切驱动，并经历变薄的过程，直到它们分裂成小尺度的湍流结构。我们探讨了在重叠波和局域波包碰撞中{电流片}的形成。在天体物理系统中，局域阿尔文波的相对论相互作用既能产生阿尔文波又能产生快波，有效地介导了电磁能量的转换和耗散。等离子体在阿尔芬波相互作用过程中产生的电流片中通过重联而发生的碰撞可以解释黑洞吸积冕和中子星磁层中的X射线辐射。
2021-10-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Scaling of reconnection parameters in magnetic island coalescence: Role of in-plane shear flow
一个二维不可压缩粘流磁流体模型[Mahapatra et.例如，等离子体28，072103（2021）]被用来研究两个有趣的场景下的磁岛合并问题中的重联参数的标度。首先，在固定的系统尺寸改变岛半宽度的效果进行了研究。随着岛半宽的增加，总磁通量增加，导致上游磁场、上游速度场和非归一化重联率增加，而归一化重联率、下游磁场和电流片长度与之无关。有趣的是，重联率与电流片的上下游速度以及纵横比的倒数不同。与斯威特-帕克模型的结果相反。其次，研究了在岛宽度和系统尺寸固定的情况下，平面内剪切流的影响。计算了电流片的厚度和长度、上游磁场和速度场分量、重联率和时间、电流片倾角与剪切流长度尺度和振幅的关系。有趣的是，电流片和扩散区的倾斜角被发现是不同的。这些差异在更强的剪切流中更明显。这些结果与剪切流动的Harris片设置有显着不同。这些结果在地球磁层观测和聚变等离子体实验中具有潜在的应用价值。
2022-11-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection in a Pinch
本文提出将电流片动态pinch的一维研究扩展至三维模拟，探讨等离子体beta等参数对无碰撞等离子体中磁场重联启用机制的影响。
2023-05-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluctuation Dynamo in a Collisionless, Weakly Magnetized Plasma
本文给出了无碰撞、弱磁化等离子体中涨落发电机的数值研究结果。这个发电机和它的磁流体动力学（MHD）对应物之间的关键区别是由一个弱种子场的放大磁场对齐的压力各向异性的绝热生产。这反过来又驱动了离子拉莫尔尺度上的动力学不稳定性-也就是消防管和镜子-切断了热压力和磁压力之间的绝热联系，从而允许发电机继续运转。在由这些不稳定性驱动的快速增长的初始阶段之后，磁能呈指数增长，并表现出在电阻标度附近达到峰值的$k^{3/2}$谱，类似于大磁普朗特数（$\mathrm{Pm}\gg{1}$）MHD发电机。磁场自组织成一个折叠的片状拓扑结构，方向反转的电阻规模和磁场线弯曲的平行规模的流动。有效的$\mathrm{Pm}$取决于离子拉莫尔标度是高于还是低于场反转标度：在前一种情况下，粒子经历玻姆样扩散;在后一种情况下，粒子主要散射离开位于磁褶皱末端的消防水管波动，粘度变得各向异性。磁场最终在动力学强度下饱和，其谱峰向更大尺度迁移。这个特征，加上磁场强度和磁力线曲率的反相关性，以及磁片逐渐变薄成带状，类似于大型$\mathrm{Pm}$发电机的饱和状态，主要区别体现在消防水管/镜像不稳定区域。这些结果对磁场在弱碰撞的星系团内介质中的增长具有一定的意义。
2018-07-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiating Current Sheets in the Solar Chromosphere
氢等离子体的MHD模型与流量，能量方程，NLTE电离和辐射冷却，欧姆定律与各向异性导电和热电效应被用来自洽地产生大气层的$50$公里的高度范围。这些解决方案的一个子集包含电流片，并具有类似的低，中色球层的属性。磁场分布接近Harris片分布，最大场强为$\sim 25-150$ G。由单个薄片发射的辐射通量$F_R$为$\sim 4.9 \times 10^5 - 4.5 \times 10^6$ ergs-cm $^{-2}$ -s $^{-1}$，与观测到的色球层发射率$\sim 10^7$ ergs-cm $^{-2}$ -s $^{-1}$进行比较。基本上所有的辐射都来自厚度为$\sim 0.5 - 13$ km的含有中性片的区域。大约一半的$F_R$来自厚度小10倍的子区域。需要分辨率$\lesssim 5-130$ m来解析图纸的属性。该片材具有总H密度$\sim 10^{13}-10^{15}$ cm $^{-3}$。在片的电离分数是$\sim 2-20$倍大，和温度是$\sim 2000-3000$ K高于周围的等离子体。焦耳热通量$F_J$比$F_R$大$\sim 4-34 \%$，在能量方程中，主要通过负的压缩热通量来平衡这种差异。质子Pedersen电流耗散产生对$F_J$的正贡献的$\sim 62-77\%$。这一贡献的其余部分是由于电子电流耗散附近的中性片…
2014-06-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle-in-cell simulations of the tearing instability for relativistic pair plasmas
本研究通过二维PIC模拟探究相对论对等离子体的撕裂不稳定性，验证了相关理论预测，揭示了不同电流片厚度、温度下的增长率规律及非线性演化特征。
2024-10-08 physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic "cat eyes" and stabilizing effects of plasma flow
本文将流体力学框架下描述无穷多排全同涡的猫眼定常解推广到具有任意方向不可压缩流动的磁流体动力学平衡方程。扩展的解决方案涵盖了各种平衡，包括一维和二维广义的无力和哈里斯片配置，这是优选的，从那些通常采用的初始状态在重联研究。虽然涡流形状不受磁场的影响，但与平衡非线性相结合的流动通过形成位于猫眼涡流内的压力岛而对等压面产生强烈影响。更重要的是，磁场对齐流的实验融合的相关性和流动剪切有显着的稳定效果，在该地区的压力岛。通过外部轴向（“环形”）磁场增强稳定区域。
2009-01-16 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
Analysis of fast turbulent reconnection with self-consistent determination of turbulence timescale
本文给出了用湍流模型模拟磁重联问题的结果。在该模型中，除了平均密度，动量，磁场和能量方程，湍流交叉螺旋度$W$，湍流能量$K$和它的耗散率$\varepsilon$的演化方程同时求解计算的磁重联率的哈里斯型电流片。与以往基于代数模型的研究相比，湍流时间尺度是由$K$和$\varepsilon$的非线性演化决定的，它们的比值是一个时间尺度。我们比较我们的平均场模型产生的重联率的电阻非湍流MHD率。为了测试是否产生不同的重联制度，我们改变了初始强度的湍流能量和研究的磁通量重联的时间。
2019-05-04 physics.plasm-ph
Laboratory evidence of electron pressure anisotropy driving plasmoid mediated magnetic reconnection
Light Stream Labs LLC（Light Stream Labs 有限责任公司）；LULI - CNRS, CEA, UPMC Univ Paris 06 : Sorbonne Université, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（LULI - 法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会，巴黎第六大学：索邦大学，综合理工学院，巴黎理工学院）；INRS-EMT；University of Bordeaux, Centre Lasers Intenses et Applications, CNRS, CEA, UMR 5107（波尔多大学，高强度激光中心，法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会）；Central Laser Facility, Rutherford Appleton Laboratory（中央激光设施，卢瑟福·阿普尔顿实验室）；Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；CELIA, Université de Bordeaux–CNRS–CEA, UMR 5107（CELIA，波尔多大学-法国国家科学研究中心-法国原子能和替代能源委员会）；Sorbonne Université, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, LUX（索邦大学，巴黎天文台，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心）
研究通过3D混合模拟与激光驱动实验，发现电子压力各向异性是撕裂不稳定性增长的关键驱动因素，为实验室和天体等离子体磁重联动态评估奠定基础。
2026-04-16 physics.plasm-ph
Quenching of Tearing Mode Instability by Transverse Magnetic Fields in Reconnection Current Sheets
本研究在粘滞电阻型不可压缩MHD框架下，通过解析与数值模拟发现横向磁场会使电流片形成带剪切流的中性层，从而快速抑制撕裂模不稳定模，为相关相互作用研究提供新认知。
2024-07-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
2.5-D MHD Simulation of the Formation and Evolution of Plasmoids in Coronal Current Sheets
本文通过2.5维MHD模拟发现，单个高斯速度脉冲扰动准静态Harris电流片即可引发Petschek型磁重联、撕裂模不稳定性和等离子体团形成，无需局域电阻率增强，且模拟所得等离子体团速度、温度与密度与日冕观测一致。
2024-01-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the explosive phase of the tearing mode in double current sheet plasmas: effect of the equilibrium magnetic configuration on the onset threshold and growth rate
在二维笛卡尔几何中，在约化电阻磁流体力学（MHD）框架下研究了与双流片系统撕裂不稳定性相关的磁重联.采用自适应有限元FINMHD程序对爆炸非线性阶段进行了研究。临界纵横比，即定义为最小的$L/x_s$比（与$L$和$x_s$是周期性系统的长度和两个电流层之间的半距离分别）后的线性和早期非线性饱和阶段的非线性失稳，得到。后者的阈值是独立的所选择的初始平衡（双哈里斯样的磁剖面）和电阻率的细节。它的值被证明是$4.7$，这是接近和略小于顺序的值$5$推导出在以前的研究中使用一个更具体的平衡配置。的动能（$E_K$）的时间依赖性被证明遵循双指数定律，$E_K \propto \exp \ [e^{(γ^* t)} ]$，伪增长率$γ^* \simeq 0.1 \ t_A^ {-1}$（$t_A$是特征阿尔文时间），这是再次独立的配置和电阻率。该机制提供了一个可能的解释爆炸性磁能释放的突然发生在快速阿尔文时间尺度上的破坏性事件的天体物理等离子体与预先存在的双电流片，如在太阳日冕。
2021-07-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast reconnection in a coronal torn plasma sheet
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Yunnan Key Laboratory of Solar Physics and Space Science（云南太阳能物理与空间科学重点实验室）
研究通过观测日冕等离子体片的演变，揭示了等离子体体在磁重联过程中的关键作用，表明其形成与喷射能显著提高重联速率并促进快速重联。
2026-02-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamic alignment and plasmoid formation in relativistic magnetohydrodynamic turbulence
我们提出了高分辨率的二维和三维模拟磁化衰减湍流的相对论电阻磁流体力学。模拟结果表明，动态形成的大规模间歇性长寿命的电流片被破坏的撕裂不稳定性成等离子体链。这些电流片是增强的磁场耗散和等离子体加热的位置。我们发现磁场能量谱$\propto k^{-3/2}$，连同强烈明显的动态排列的Elsasser场和速度和磁场，强导场湍流，而我们检索谱$\propto k^{-5/3}$的情况下，弱导场。
2021-11-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic simulation of magnetic field generation and collisionless shock formation in expanding laboratory plasmas
最近的激光等离子体实验观测和研究了与磁化天体物理等离子体有关的一些基本物理过程，包括磁重联、无碰撞冲击和由韦伯不稳定性产生的磁场，为实验室天体物理学开辟了新的实验平台。我们开发了一个完整的动力学模拟模型的第一原理模拟这些系统，包括磁场的动态-磁场产生的比尔曼电池效应或韦伯不稳定性;平流的离子流，霍尔效应，能斯特效应;和破坏的领域耗散机制。动力学模拟，最近的实验，和天体物理等离子体之间的缩放，描述系统的关键无量纲参数。首先，模拟比尔曼电池磁场产生等离子体从薄目标扩展。两个相邻羽流的烧蚀导致形成一个电流片作为相对的比尔曼产生的领域碰撞，模拟最近的激光驱动的磁重联实验。其次，我们模拟最近的实验无碰撞磁化冲击产生，通过扩大活塞等离子体到预磁化的环境等离子体。对于所考虑的参数，Biermann效应在弯曲的激波阵面中产生额外的磁场，从而增加激波粒子反射。这两种情况下，等离子体与磁场的相互作用中的动力学过程的重要性，并打开机会，基准这些重要的过程，通过比较的理论和实验。
2017-12-01 physics.plasm-ph
Guide-Field-mediated Multiscale Instabilities in Relativistic Reconnection
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气科学研究院）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；University of Maryland（马里兰大学）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）
研究聚焦于电子-离子等离子体中三维相对论重联中引导场对磁能耗散、电流片动力学和非热粒子加速的影响，通过粒子-网格模拟双Harris电流片，探讨离子磁化率和引导场强度如何调控整体磁能耗散。
2026-05-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Energetics of kinetic reconnection in a three-dimensional null points cluster
我们进行了三维粒子模拟的磁重联与多个磁零点。磁场能量转化为动能比传统Harris片配置高约5倍。在25个反向离子循环频率期间，超过85%的初始磁场能量被转移到粒子能量。零点群中的磁重联演化经历了三个阶段。在第一阶段，离子束被激发，然后在第二阶段将其部分能量返回到磁场。在第三阶段，在沿低磁场条带形成的电流通道周围的许多小斑块中发生磁重联。在零点的磁重联基本上呈现三维特征，没有二维对称性或电流片。
2015-09-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic null points in kinetic simulations of space plasmas
我们提出了一个系统的尝试，研究磁零点和相关的磁能转换动力学粒子在细胞模拟各种等离子体配置。我们解决了三维模拟与半隐式动力学电磁代码iPic 3D在不同的设置：哈里斯电流片，偶极和四极磁层相互作用的太阳风的变化;和一个放松的湍流配置与多个零点。螺旋零更有可能是在空间等离子体中产生的：在我们所有的模拟中，除了月球磁异常和四极微型磁层，螺旋零的数量超过径向零的数量3-9倍。我们发现，往往磁零并不表示密集的能量耗散的地区。由径向零点处的拓扑分叉引起的能量耗散事件是相当罕见和短暂的。在Harris电流片和月球磁异常模拟中，由径向零值形成的所谓X线是相当稳定的，没有表现出任何能量耗散。能量耗散在由磁通量绳包围的螺旋空区附近更强大，在其轴处具有强电流（其横截面类似于2D磁岛）。这些零线让人想起Z箍缩有效地耗散由于二次不稳定性，如双流或扭结不稳定性，伴随着磁拓扑结构的变化的磁能。伴随着螺旋零点的电流增强可能是观测数据中磁能转换点的信号。
2015-12-07 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Control of Magnetic Reconnection in High Energy Density Plasmas
University of Michigan（密歇根大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of Rochester（罗切斯特大学）
本研究通过第三束相对论强度激光注入电子电流丝，在激光驱动等离子体中实现了磁重联的主动控制，可根据激光到达时间加速或抑制磁重联，为聚变等离子体磁能调控及实验室天体物理研究提供新途径。
2026-08-19 physics.plasm-ph
Chaos-induced resistivity in different magnetic configurations
人们普遍认为，磁重联在空间和天体物理等离子体的各种爆发现象中起着重要作用。然而，异常电阻率的形成机制一直是一个悬而未决的问题。Yoshida（1998）提出的混沌电阻率是电阻率异常的可能机制之一。利用测试粒子模拟方法研究了不同重联磁场位形下的混沌感生电阻率及其在重联电流片不同混沌区的分布。结果表明，在X型混沌区，混沌感应电阻率比经典Spitzer电阻率高6-7个数量级，在O型混沌区，混沌感应电阻率比经典Spitzer电阻率高5个数量级。此外，在X型混沌区，磁化情况下的混沌感生电阻率比未磁化情况下的混沌感生电阻率高2 ~ 3倍，而在O型混沌区，磁化情况下的混沌感生电阻率接近或低于未磁化情况下的混沌感生电阻率。本文的工作有助于了解重联电流片的动力学，特别是无碰撞重联区异常电阻率的产生机制。
2020-09-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
