脉冲功率驱动下辐射冷却磁重联的模拟

磁重联是天体物理环境中的一个重要过程，它重构磁场拓扑结构并将磁能转化为热能和动能。在极端天体物理系统中，如黑洞冕和脉冲星磁层，辐射冷却通过辐射掉内能来改变能量分配，这可能导致电流片的辐射坍缩。本文中，我们进行二维和三维模拟，以建模 MARZ（Z 装置上的磁重联）实验，该实验旨在实验室中达到研究此前未探索的辐射冷却区磁重联所需的冷却率。这些模拟在 GORGON（一种欧拉电阻磁流体动力学代码）中进行，该代码对实验几何结构进行建模，该结构包含两个由 Z 装置（桑迪亚国家实验室）上 20 MA 电流驱动的爆炸丝阵列。辐射损失通过使用原子代码 Spk 计算的非局部热力学平衡表来实现，我们通过同时实现局部辐射损失模型和 P$_{1/3}$ 多群辐射输运来探究辐射输运的影响。该负载产生高度碰撞、超阿尔芬速 $(M_{A} \approx 1.5)$、超音速 $(M_S \approx 4-5)$ 的等离子体流，这些流产生一个重联层 $(L/{\delta} \approx 100, S_L \approx 400)$。当辐射损失超过欧姆加热和压缩加热 ${\tau}_{cool}^{-1}/{\tau}_A^{-1} \approx 100$ 时，重联层经历辐射坍缩；这产生一个冷的强压缩电流片，导致加速的重联速率，与理论预测一致。最后，电流片对等离子体团不稳定性是不稳定的，但磁岛在从层中喷出之前被强辐射冷却所熄灭。