倾斜不稳定性非线性演化中 plasmoid 链的形成与快速磁重联

我们通过二维不可压缩磁流体力学（MHD）数值模拟，研究了当 Lundquist 数 $S$ 超过临界值（在磁普朗特数 $P_m = 1$ 时）由 plasmoid 链形成所支撑的快速碰撞磁重联机制。采用了新近开发的、专为在约化粘阻 MHD 框架中实现此目的而设计的特征-Galerkin 有限元代码 FINMHD。与以往研究相反，我们选择了两排斥电流通道的不同初始设置，以因倾斜不稳定性在 Alfvén 时间尺度上形成两个准奇异电流层。若 $S < 5 \times 10^3$，则获得随后的稳态重联过程，其速率按经典 Sweet-Parker 模型预测的 $S^{-1/2}$ 标度。否则，出现随机时间依赖重联机制，具有与 $S$ 无关的快速时间平均速率，归一化值为 $0.014$。后一机制由两条 plasmoid 链的形成触发，在宁静阶段后伴随突然的超 Alfvén 增长破坏电流片，与 Comisso 等人提出的 plasmoid 不稳定性一般理论一致 [Phys. Plasmas 23, 100702 (2016)]。此外，证实了 plasmoid 增长率随 $S$ 的非单调依赖，在无限 $S$ 极限下遵循渐近递减的对数律。我们还密切比较了在合并不稳定性设置发展过程中获得的结果，以评估该机制的普适性。最后，我们简要讨论了我们的结果对解释日冕耀发活动与托卡马克内部破裂的相关性。