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Reconnection rate and multi-scale relativistic magnetic reconnection driven by ultra-intense lasers

Yongli Ping, Jiayong Zhong, Xiaogang Wang, Gang Zhao, Yutong Li, Xian-Tu He2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The reconnection rate in relativistic magnetic reconnection driven by two relativistic intense femtosecond laser pulses is investigated using three-dimensional particle-in-cell (PIC) simulation. As the drive is enhanced, the current sheet is narrowed, and the reconnection rate is weakened. A new theoretical model is given to explain the rate observed in the PIC simulation. In addition, multi-scale reconnection is studied by setting a different ion mass in the simulation code. For , the current sheet is only at the electron scale, and only electron outflow jets are observed, which are super ion Alfvénic and close to the electron's Alfvénic speed. The lengths of the electron outflow jets reach 100–200 times the length of the electron gyroradius and beyond the ion gyroradius. However, when , more ions are coupled to electrons during the laser and plasma interaction, there are also electron outflow jets and no ion outflow jets in the current sheet, and the electron outflow jets are embedded in a wider ion-scale current layer.

日本語訳

相対論的強度の2つのレーザーパルスによって駆動される相対論的磁気リコネクションにおけるリコネクション率を、3次元粒子インセル(PIC)シミュレーションを用いて調べた。駆動を強めると電流シートは薄くなり、リコネクション率は弱まることが示された。PICシミュレーションで観測されたリコネクション率を説明する新しい理論モデルを提示する。さらに、シミュレーションコードにおいてイオン質量を変えることで、マルチスケールのリコネクションを研究した。ある場合には、電流シートは電子スケールのみに限定され、電子のアウトフロー・ジェットのみが観測され、その速度はイオンのアルフヴェン速度を超え、電子のアルフヴェン速度に近い値となった。電子のアウトフロー・ジェットの長さは、電子ジャイロ半径の100〜200倍に達し、イオンジャイロ半径を超えるものであった。しかし、別の場合には、レーザーとプラズマの相互作用中により多くのイオンが電子と結合し、電流シート内に電子のアウトフロー・ジェットとイオンのアウトフロー・ジェットの両方が存在し、電子のアウトフロー・ジェットはより広いイオンスケールの電流層に埋め込まれていることが示された。

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Magnetic reconnection
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