有质动力驱动的非静态快速磁场重联

Magnetic reconnection is an important research project in the field of astrophysical, space and laboratory plasmas. With the progress of the techniques for astronomical observation and the service of powerful facilities, the high quality data show that the processes of magnetic reconnection in the sun always include some non-static effects, such as the plasma compression and expansion, magnetic turbulence and so on. Based on the model of fast magnetic reconnection driving by ponderomotive force, this project will focus on the non-static effects in the magnetic reconnection process. The effects on magnetic reconnection induced by the plasma compression, anomalous viscosity and plasma turbulence will be obtained through theoretical analysis and hybrid simulation. The results will be used to explain the high precision observation in the solar flares and corona. It may provide a theoretical model to reveal the magnetic reconnection process in the solar and laboratory plasmas.

磁重联是天体、空间和实验室等离子体物理领域的重要研究课题。近年来，随着天文观测技术的进步和先进设备的使用，高精度观测结果表明太阳耀斑和日冕的重联过程中存在等离子体膨胀、收缩和磁湍动等非静态效应。本项目将基于等离子体中有质动力驱动的快速磁重联的模型，分析可压缩效应、反常磁粘滞效应和湍流效应对有质动力驱动的快速磁重联过程的影响；将研究结果应用于解释当前在太阳耀斑和日冕高精度观测中发现的非静态磁场重联，为太阳和激光等离子体中磁场重联相关更为精细物理过程深入研究提供理论参考。

磁重联是天体、空间和实验室等离子体物理领域的重要研究课题。有质动力驱动的非静态快速磁场重联研究发现有质动力能有效驱动磁场的快速重联，以及有质动力驱动的多撕裂模重联非线性相互作用能进一步加快重联的发展；以及反常粘滞使得磁能耗散增强，驱动磁场重联快速进行。初始波场脉冲在粘滞阻抗非线性等离子体中总是调制不稳定的，且增长率随粘滞加热系数的增长的增加，波场脉冲将会坍塌形成湍动状态。湍流将显著影响等离子体的传输和能量耗散过程，磁场重联可以驱动湍流的产生和发展，而湍流也能够触发快速磁重联过程。有质动力倾向于诱发低频的小尺度的自生磁场，这将会进而触发局部的微磁场重联，快速加热等离子体。基于此完成了国内首个可开展融合压缩磁场重联启动的NCST科学装置的设计、建造工作，在实验上观察到了融合区的有质动力驱动的磁场重联爆发增亮事件。此外，发现离子体的横向调制不稳定性远大于纵向，增长率随着泵波场有质动力的增强而增加，对应的非线性局域结构特征尺度却相反地减小；发现了新的尘埃充电效应旋转不稳定性模；得到了磁约束等离子体中的新经典输运、非平衡分布天体等离子体中的波模与色散、带有正则化Kappa分布电子的小振幅离子声孤子与α粒子慢化分布聚变等离子体中的动力学阿芬波等特征。这些研究结果为后续深入系统建立有质动力驱动的非静态快速磁场重联理论奠定了基础。