无碰撞磁重联现象的电子动力学研究

发布时间：2021-07-09 05:10

　　基于磁流体力学理论,通过双流体MHD方程组,使用专业电磁流体数值仿真模拟软件Usim,研究了无碰撞等离子体磁重联过程中电子的动力学行为,得到了电子的数密度与流速的空间分布.结果表明,重联面内的电子数密度分布区域与速度分布区域相吻合,四极型磁场结构可以表征Hall的电流存在.此外,无碰撞等离子体中Hall电流的存在将使得磁重联现象的重联率大大提高,这对研究快速磁重联的产生机制有着重要的意义. 

【文章来源】：西北师范大学学报(自然科学版). 2020,56(02)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

磁重联示意图

图3给出了t=38 360时刻重联面内电流的空间分布和重联面外磁场四极型结构.图3(a)表明Hall电流系统在分离线附近呈现双层薄片结构.通过与图2(b)电子的速度矢量图相比较,不难发现两者的位形相似,且分布区域相吻合,这说明电子是Hall电流的载流子.这样的电流系统会引起Hall磁场在垂直重联面上的四极型分布,如图3(b)所示,给出了t=38 360时刻重联面外磁场分量Bz的等值分布图.这个重联面外磁场的位形与重联面内电流系统的位形相对应, 显然这是考虑了Hall效应的磁重联过程所具备的明显特征.通过比较电流分布与电子流矢量图,可以验证结论:重联面内的Hall电流主要由电子流组成.图3 t=38360时刻重联面内电流等值分布图与 重联面外磁场Bz等值分布图

图2 t=38 360时刻的(a)离子流矢量图(b)电子流矢量图图4给出了t=38 360时刻x方向电场Ex、y方向电场Ey和z方向电场Ez的等值分布图.如图所示x方向电场Ex沿直线x=0左右形状对称,呈现两个弧形分布,且当x<0时,Ex>0,当x>0时,Ex>0;y方向电场Ey沿直线y=0上下形状对称, 呈现两条带状分布, 且当y<0时,Ey>0,当y>0时,Ey<0;z方向电场Ez集中分布在重联点及其周围,整体呈负值.以上结果表明,y方向电场强度的数值最大,其次是x方向电场强度,z方向电场强度最小.其中,z方向电场又称为重联电场.


本文编号：3273095