剪切流剖面影響磁場(chǎng)重聯(lián)的混合模擬研究.pdf

1、磁場(chǎng)重聯(lián)在空間和實(shí)驗(yàn)室等離子體研究過(guò)程中扮演著重要角色。它是許多重要空間物理現(xiàn)象和磁約束核聚變問(wèn)題的重要物理過(guò)程。磁場(chǎng)重聯(lián)伴隨著磁場(chǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為等離子體的內(nèi)能和動(dòng)能，并且形成高速噴射的等離子體流。磁場(chǎng)重聯(lián)理論自提出以來(lái)一直處于不斷完善的過(guò)程中，這是由于問(wèn)題的復(fù)雜性以及空間和實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)手段的局限性，所以對(duì)有些重要物理問(wèn)題的解釋還存在著很多的爭(zhēng)議。由于能量原理的方法很難處理穩(wěn)態(tài)平衡位形下剪切流存在時(shí)的不穩(wěn)定性問(wèn)題，因

2、此大多數(shù)學(xué)者對(duì)磁場(chǎng)重聯(lián)研究仍限于靜態(tài)平衡以及初值問(wèn)題的解決。
　　在復(fù)雜的空間環(huán)境中剪切流是普遍存在的，并且剪切流會(huì)嚴(yán)重的影響磁場(chǎng)重聯(lián)過(guò)程。所以，本論文采用二維三分量的混合模擬方法，研究了極向（重聯(lián)之后粒子的出流方向）剪切流對(duì)空間等離子體重聯(lián)平面內(nèi)矩形區(qū)域中無(wú)碰撞磁場(chǎng)重聯(lián)的影響。研究結(jié)果表明，磁場(chǎng)重聯(lián)使得模擬區(qū)域的磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，使磁力線變得高度彎曲;在出流區(qū)，磁場(chǎng)減小，等離子體密度、流速、熱壓強(qiáng)增加。在電流片中X點(diǎn)附近

3、，由于離子和電子的動(dòng)理學(xué)行為不同而產(chǎn)生了霍爾電流，它使得垂直重聯(lián)平面的磁場(chǎng)分量呈四極結(jié)構(gòu)分布。在重聯(lián)區(qū)內(nèi)引入極向剪切流后，增強(qiáng)剪切流的流速或降低剪切流剪切層寬度，會(huì)明顯減小磁場(chǎng)重聯(lián)過(guò)程中飽和磁島的寬度。通過(guò)觀察磁場(chǎng)重聯(lián)率隨時(shí)間的變化，可以發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)剪切流會(huì)推遲并且降低最大磁場(chǎng)重聯(lián)率，這說(shuō)明該種剪切流對(duì)快速磁場(chǎng)重聯(lián)的爆發(fā)有明顯的抑制作用。另外，我們發(fā)現(xiàn)剪切流可以顯著地改變垂直于重聯(lián)平面磁場(chǎng)的四極結(jié)構(gòu)，這會(huì)影響人們對(duì)快速磁場(chǎng)重聯(lián)的觀測(cè)和判斷。