A three-dimensional (3D) hybrid-particle model is developed for investigation of magnetic reconnection in the Swarthmore Spheromak Experiment (SSX). In this numerical model, ions are treated as fully kinetic particles, and electrons are treated as a massless fluid. The plasma responds to the electromagnetic fields in a self-consistent manner. The simulation is performed in a cylindrical domain. Initially, a pair of counter-helicity spheromaks are assumed, in which the magnetic field and plasma pressure are set up according to the MHD equilibrium. The ion particles are loaded with a Maxwellian distribution function. As the simulation proceeds, magnetic reconnection takes place at the current sheet between the pair of spheromak fields. Plasma is ejected away from the X line towards the central axis, where heating of the transmitted ion is found. Meanwhile, quadrupole out-of-plane magnetic field structure associated with the Hall effects is present around the reconnection site. The preliminary simulation shows consistency with the SSX experiment in several aspects.
3次元（3D）ハイブリッド粒子モデルが、スワースモア・スフェロマック実験（SSX）における磁気リコネクションの研究のために開発された。この数値モデルでは、イオンは完全な運動論的粒子として扱われ、電子は無質量流体として扱われる。プラズマは電磁場に対して自己無撞着な方法で応答する。シミュレーションは円筒領域内で実行される。初期状態として、逆ヘリシティを持つ一対のスフェロマックが仮定され、その中で磁場とプラズマ圧力はMHD平衡に従って設定される。イオン粒子はマクスウェル分布関数に従って読み込まれる。シミュレーションが進行するにつれて、一対のスフェロマック磁場の間の電流シートにおいて磁気リコネクションが発生する。プラズマはX線から中心軸に向かって放出され、そこで伝達されたイオンの加熱が見られる。一方、リコネクション領域の周囲には、ホール効果に関連する四重極の面外磁場構造が存在する。予備的なシミュレーション結果は、いくつかの側面においてSSX実験と一致を示している。