外导磁场存在下电子剪切流不稳定性的非线性演化

在主电流方向存在外部（导向）磁场的情况下，磁场重联的耗散机制尚不清楚。在无碰撞磁场重联中形成的薄电子电流片（ECS）（厚度约等于电子惯性长度）中，电子剪切流不稳定性（ESFI）是提供反常耗散机制的潜在候选者，该机制可打破磁场的冻结条件，从而影响重联的结构和速率。我们研究了导向场磁场重联中 ESFI 的演化。研究了所得等离子体湍流的特性及其对导向场强度的依赖性。利用 ECS 的三维电子磁流体动力学模拟，我们表明，与自洽嵌入反平行磁场中的 ECS 情况不同，在存在导向场（等于或大于重联磁场的渐近值）的情况下，薄 ECS 的演化主要由高波数非撕裂模不稳定性主导。后者首先导致 ECS 产生波浪状结构。随后发展的湍流由电流丝和电子流涡旋组成。作为不稳定性非线性演化的结果，ECS 在变宽的同时，其中心区域变得平坦，模拟了类粘性湍流耗散。随后，平坦化的 ECS 发生分叉。在分叉期间，平均电子流速度的变化率与流速度的大小成正比，表明存在类电阻耗散。湍流能量优先在垂直于导向磁场的方向上级联到更短的波长。研究发现，湍流的各向异性程度随导向场强度的增加而增加。