半碰撞区 regime 中的等离子体团不稳定性

我们通过解析和数值方法研究了等离子体团不稳定性的半碰撞区 regime，该 regime 由不等式 $\delta_{SP} \gg \rho_s \gg \delta_{in}$ 定义，其中 $\delta_{SP}$ 是 Sweet-Parker 电流片的宽度，$\rho_S$ 是离子声 Larmor 半径，$\delta_{in}$ 是在等离子体团不稳定性分析中出现的边界层宽度。理论上，如果 Lundquist 数 $S$ 和电流片长度 $L$ 满足 $(L/\rho_S)^{14/9} < S <(L/\rho_S)^2$（对于类正弦磁构型；对于 Harris 型电流片，下界替换为 $(L/\rho_S)^{8/5}$），则预测该 regime 存在。这些边界通过使用简化回旋动理学模型 (Zocco & Schekochihin, $\it{Physics~of~Plasmas}$, ${\bf 18}$, 2011) 并利用 $\tt{Viriato}$ 代码进行的模拟得到了数值验证。重要的是，据推测该 regime 允许在相对较低且实验可达到的 Lundquist 数下形成等离子体团。我们的模拟在 $S$ 低至约 250 时获得了等离子体团不稳定性。模拟并未预设 Sweet-Parker 电流片；相反，它是在初始撕裂模态构型的非线性演化过程中自洽形成的。这证明了等离子体团不稳定性的该 regime 是可实现的，至少在当前专门实验可达到的相对较低的 Lundquist 数下是如此。