Weibel 分离的相对论电子束的合并与重联
等离子体物理
2018-04-04 v2
摘要
相对论电子束(REB)在等离子体中的传播伴随着束流等离子体不稳定性。其中最显著的是无碰撞 Weibel 失稳，它在空间上分离了前向传播的 REB 与返回屏蔽电流。这导致在失稳的线性阶段形成 REB 电流丝，其典型尺寸为电子趋肤深度。据观察，在非线性阶段，这些电流丝随着彼此合并而尺寸增大。通过在垂直于 REB 传播方向的平面内进行 2D PIC 模拟，本文表明这些合并发生在两个不同的非线性阶段。在第一阶段，总磁能增加。然而随后在第二阶段，观察到磁能减少。研究表明，从一个非线性区域到另一个非线性区域的转变，发生在与单个电流丝相关的典型电流达到 Alfvén 阈值之时。因此，在第二个非线性区域中，电流丝不再允许任何电流的增加。随后，磁重联事件耗散了合并过程本应产生的过剩电流（及其相关的磁能），从而在垂直平面内产生高能电子射流。在后期仅剩少量电流丝时，可以清晰地识别出单个重联事件。观察到在这些事件之间磁能保持恒定，并在两个电流丝合并时出现突然下降。因此，这些重联事件中释放的电子射流正是先前一些研究中提到的横向加热的原因 [Honda et al. Phys. Plasmas 7, 1302 (2000)]。
引用
@article{arxiv.1710.05351,
title = {Merger and reconnection of Weibel separated relativistic electron beam},
author = {Chandrasekhar Shukla and Atul Kumar and Amita Das and Bhavesh Patel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.05351},
year = {2018}
}