低 beta 等离子体中低频动力学、磁重联与电子加热的简化流体-动力学方程

本文提出了一种用于磁重联以及一般低 beta 等离子体中低频动力学的极小模型。该模型结合了分析与计算上的简单性与物理上的可实现性：它是等离子体 beta 为电子-离子质量比量级时回旋动力学的严格极限。该模型包含碰撞，既可用于碰撞磁重联区也可用于无碰撞磁重联区。它包含回旋动力学离子（未假设为冷离子），并允许通过电阻率或电子惯性（以占主导者为准）对磁力线进行拓扑重联。双流体动力学与电子动力学相耦合——电子未被假设为等温的，而是由简化的漂移动力学方程描述。因此，该模型允许通过速度空间中的平行相混合实现不可逆性以及磁能向电子热能的转化。本文分析了各种形式自由能之间的交换及其向电子热能的转化。结果表明，在我们模型的各种极限下，如何恢复所有相关的线性波和撕裂模不稳定性（无碰撞、半碰撞和完全电阻）的区间。提出了一种通过速度空间的 Hermite 表示对我们的方程进行数值模拟的有效方法。结果表明速度空间中会形成小尺度结构，从而产生浅 Hermite 空间谱，由此推断，对于稳态或足够慢的动力学，在碰撞率趋于零的极限下电子加热率将保持有限。