基于磁流體力學(xué)理論,通過(guò)雙流體MHD方程組,使用專(zhuān)業(yè)電磁流體數(shù)值仿真模擬軟件Usim,研究了無(wú)碰撞等離子體磁重聯(lián)過(guò)程中電子的動(dòng)力學(xué)行為,得到了電子的數(shù)密度與流速的空間分布.結(jié)果表明,重聯(lián)面內(nèi)的電子數(shù)密度分布區(qū)域與速度分布區(qū)域相吻合,四極型磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)可以表征Hall的電流存在.此外,無(wú)碰撞等離子體中Hall電流的存在將使得磁重聯(lián)現(xiàn)象的重聯(lián)率大大提高,這對(duì)研究快速磁重聯(lián)的產(chǎn)生機(jī)制有著重要的意義. 

【文章來(lái)源】：西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,56(02)北大核心

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【部分圖文】：

磁重聯(lián)示意圖

圖3給出了t=38 360時(shí)刻重聯(lián)面內(nèi)電流的空間分布和重聯(lián)面外磁場(chǎng)四極型結(jié)構(gòu).圖3(a)表明Hall電流系統(tǒng)在分離線附近呈現(xiàn)雙層薄片結(jié)構(gòu).通過(guò)與圖2(b)電子的速度矢量圖相比較,不難發(fā)現(xiàn)兩者的位形相似,且分布區(qū)域相吻合,這說(shuō)明電子是Hall電流的載流子.這樣的電流系統(tǒng)會(huì)引起Hall磁場(chǎng)在垂直重聯(lián)面上的四極型分布,如圖3(b)所示,給出了t=38 360時(shí)刻重聯(lián)面外磁場(chǎng)分量Bz的等值分布圖.這個(gè)重聯(lián)面外磁場(chǎng)的位形與重聯(lián)面內(nèi)電流系統(tǒng)的位形相對(duì)應(yīng), 顯然這是考慮了Hall效應(yīng)的磁重聯(lián)過(guò)程所具備的明顯特征.通過(guò)比較電流分布與電子流矢量圖,可以驗(yàn)證結(jié)論:重聯(lián)面內(nèi)的Hall電流主要由電子流組成.圖3 t=38360時(shí)刻重聯(lián)面內(nèi)電流等值分布圖與 重聯(lián)面外磁場(chǎng)Bz等值分布圖

圖2 t=38 360時(shí)刻的(a)離子流矢量圖(b)電子流矢量圖圖4給出了t=38 360時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex、y方向電場(chǎng)Ey和z方向電場(chǎng)Ez的等值分布圖.如圖所示x方向電場(chǎng)Ex沿直線x=0左右形狀對(duì)稱(chēng),呈現(xiàn)兩個(gè)弧形分布,且當(dāng)x<0時(shí),Ex>0,當(dāng)x>0時(shí),Ex>0;y方向電場(chǎng)Ey沿直線y=0上下形狀對(duì)稱(chēng), 呈現(xiàn)兩條帶狀分布, 且當(dāng)y<0時(shí),Ey>0,當(dāng)y>0時(shí),Ey<0;z方向電場(chǎng)Ez集中分布在重聯(lián)點(diǎn)及其周?chē)?整體呈負(fù)值.以上結(jié)果表明,y方向電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值最大,其次是x方向電場(chǎng)強(qiáng)度,z方向電場(chǎng)強(qiáng)度最小.其中,z方向電場(chǎng)又稱(chēng)為重聯(lián)電場(chǎng).


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