Оглавление
- 1 Магнитное повторное подключение
- 1.1 Магнитное пересоединение
- 1.2 История и развитие
- 1.3 Теоретические основы
- 1.4 Основные принципы
- 1.5 Эквивалентность магнитного сдвига и тока
- 1.6 Типы повторного подключения
- 1.7 Моделирование и проблемы
- 1.8 Свойства и применение
- 1.9 Типы магнитного пересоединения
- 1.10 Модель Свита-Паркера
- 1.11 Модель Петчека
- 1.12 Аномальное удельное сопротивление и диффузия Бома
- 1.13 Стохастическое повторное подключение
- 1.14 Стохастическое пересоединение
- 1.15 Процесс без столкновений
- 1.16 Наблюдения
- 1.17 Лабораторные эксперименты
- 1.18 Пилообразные колебания
- 1.19 Полный текст статьи:
- 2 Магнитное пересоединение
Магнитное повторное подключение
-
Магнитное пересоединение
- Процесс в электропроводящей плазме, при котором магнитная топология перестраивается.
- Включает потоки плазмы, скорость которых составляет значительную часть скорости альфвеновской волны.
-
История и развитие
- Концепция разработана параллельно исследователями в области физики Солнца и взаимодействия между солнечным ветром и намагниченными планетами.
- Рон Джованелли предположил, что солнечные вспышки происходят от энергии, получаемой заряженными частицами.
- Джеймс Данджи ввел термин “магнитное пересоединение” в 1950 году.
-
Теоретические основы
- Питер Суит и Юджин Паркер заложили основы магнитного пересоединения в 1956 году.
- Суит отметил, что резистивная диффузия может происходить на длине, намного меньшей, чем обычная равновесная длина.
- Паркер разработал условия масштабирования для этой модели.
-
Основные принципы
- Магнитное пересоединение нарушает теорему Альфвена, которая применима к крупномасштабным областям высокопроводящей магнитоплазмы.
- В областях с большим магнитным сдвигом поле распространяется через плазму.
- Скорость передачи магнитного потока называется “скоростью повторного подключения”.
-
Эквивалентность магнитного сдвига и тока
- В плазме ток смещения пренебрежимо мал по сравнению с эффектом свободного тока.
- Удельное сопротивление токового слоя позволяет магнитному потоку рассеиваться через токовый слой.
-
Типы повторного подключения
- Parker-Sweet: отток происходит только вдоль тонкого слоя в центре текущего слоя.
- Петчек: область истечения намного шире, что позволяет быстрее отводить плазму.
-
Моделирование и проблемы
- Глобальные численные МГД-модели магнитосферы моделируют магнитное пересоединение.
- Наблюдаемое пересоединение происходит быстрее, чем предсказывается МГД.
- Электромагнитная турбулентность может объяснять это несоответствие.
-
Свойства и применение
- Магнитное пересоединение изменяет характер связи силовых линий магнитного поля.
- Солнечные вспышки и полярные сияния связаны с магнитным пересоединением.
- Магнитное пересоединение важно для науки об управляемом ядерном синтезе.
-
Типы магнитного пересоединения
- Разделительное пересоединение: четыре домена обмениваются силовыми линиями.
- Квазисепаратриксные слои: силовые линии соединены крутыми уклонами.
-
Модель Свита-Паркера
- Медленное повторное подключение: модель описывает независимое от времени пересоединение.
- Начальная скорость: E × B скорость.
- Коэффициент магнитной диффузии: η.
- Безразмерная скорость повторного подключения: R ∼ ηvA/L.
-
Модель Петчека
- Быстрое повторное подключение: модель расширяет зону оттока.
- Максимальная скорость повторного соединения: vв/vA ≈ π/8 ln S.
- Волны Альфвена и вращательные разрывы могут вызывать ударные волны.
-
Аномальное удельное сопротивление и диффузия Бома
- Аномальное удельное сопротивление: ηаномия/η может увеличить скорость повторного подключения.
- Диффузия Бома: vA2(mc/eB) заменяет омическое удельное сопротивление.
-
Стохастическое повторное подключение
- Стохастическое повторное подключение: модель учитывает случайные процессы.
-
Стохастическое пересоединение
- Магнитное поле имеет мелкомасштабную случайную составляющую из-за турбулентности
- Модель магнитогидродинамической турбулентности разработана Голдрайхом и Шридхаром
- Турбулентность приводит к разделению и соединению силовых линий магнитного поля
-
Процесс без столкновений
- В малых масштабах ионы отделяются от электронов, магнитное поле замораживается в электронной жидкости
- Эффект Холла приобретает особое значение
- Электроны разгоняются до высоких скоростей, повторное подключение происходит быстрее
-
Наблюдения
- Магнитное пересоединение происходит в солнечной атмосфере и магнитосфере Земли
- Первые прямые наблюдения солнечного пересоединения получены в 2012 году
- В магнитосфере Земли пересоединение вызывает конвекцию, передачу частиц и суббури
-
Лабораторные эксперименты
- Магнитное пересоединение наблюдалось в лабораторных экспериментах
- В LAPD обнаружены квазисепаратрисные слои, в MRX подтверждена модель Свита-Паркера
- Анализ физики инжекции по спирали привел к идее плазменного двигателя
-
Пилообразные колебания
- Периодические процессы перемешивания в плазменном ядре токамака
- Модель Кадомцева описывает пилообразные колебания как следствие магнитного пересоединения