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无碰撞磁重联应该最后谈,因为很多重要问题没有解决。但是有读者问起,就简单说几句笔者个人的看法。
问题1:您说过,电阻磁重联中电子和离子是从一根磁力线被“碰撞”到另一根磁力线。在Hall重联过程中,在扩散区电子离子运动分离,只有电子冻结在磁力线上。这样磁力线带着质量轻的电子会运动更快、重联更快,这应该是Hall effect加速磁场重联的物理图像吧。在这里我想问电子从一根磁力线跑到另一根磁力线的机理是什么?Hall effect并不是耗散项(磁通扩散项),在Hall reconnection中,若是没有电阻项重联还会发生吗?因为我看到别人做Hall MHD reconnection时,电阻项都被保留。
第一:是的,电阻磁重联是因为碰撞引起带电粒子从绕着一条磁力线转“变换”到围着另一条磁力线转;Hall磁重联是因为离子的非磁化使得磁力线在Hall效应起作用的离子惯性区得以“甩掉包袱(离子)”,“轻装前进(只携带电子)”,或者说,磁力线的“惯性”突然变小,速度突然变快!
第二:但是如问题所说,到底是什么机制“break the field line”,或者说使得电子从一条磁力线跳到另一条(所以我们不再能clearly identify a field line),还是一个open question。今天上午笔者在这里的International Substorm Workshop上lead磁重联session的讨论时,这正是outstanding issues之一。一个可能的candidate是波对电子的散射引起的所谓“反常电阻”效应,比如低混杂波(一种频率介于电子与离子回旋频率之间的静电波)对电子的散射。
问题2:那么,在托卡马克中的collisionless reconnection, 往往是电子惯性项被保留,而不是Hall项。这里想请王老师谈一谈电子惯性项加速磁场重联的物理图像是什么;在这里(有电子惯性项没有Hall项),离子的运动特征是什么?在m=1 kink-tearing和m>1 tearing, 电子运动特征的主要差异是什么?
这里是好几个问题:
第一:托卡马克磁重联研究中,m=1的kink-tearing研究一般投影在磁场方向,所以没有Hall电场项,但是有沿磁场方向的电子压强梯度项(而非电子惯性项);
第二:对磁重联的加速体现在沿磁力线的电子压强梯度。但是,如果电子没有惯性,这一项会很快将电子加速到速度无穷大!这又是一个遇到奇点的时候必须把丢掉(忽略)的物理效应再捡起来的例子。注意:电子惯性反而是“减慢”的效应!
第三:对于标量压强,其梯度是没有贡献的(因为在磁感应方程里,it is the curl of the term that really matters);所以只有压强张量的非对角项有贡献。而这些非对角项一般认为是turbulent Reynolds stress——我们再一次看到电子运动与湍流谱相互作用的贡献!这可能给我们指出一条最后明白这个问题的路。
至于m>1 tearing modes,其本征函数是localized,与m=1 kink的globalized本征函数有根本的不同,所以本质上是慢时间尺度的电阻磁重联。
这些问题的具体物理图像,我们会慢慢讨论。
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GMT+8, 2024-12-23 16:33
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