In nearly collisionless astrophysical plasmas and magnetic fusion experiments it is of interest to understand the possibilities of fast magnetic reconnection processes. Fluid modelling of collisionless magnetic reconnection in the presence of a strong magnetic guide field has demonstrated high reconnection rates where electron inertia and electron compressibility play an important role. Numerical simulations show that the high reconnection rate involves the acceleration of electrons in an exceedingly thin current layer. However, in this fluid model of reconnection, smaller and smaller length scales develop in the current density and vorticity distributions. More appropriate for a collisionless plasma is a kinetic model. Beside the fact that kinetic effects offer additional reconnection mechanisms, kinetic effects also modify the reconnection process due to electron inertia. Kinetic effects such as thermal broadening resolve the singularities that arise in fluid models while allowing for a fast reconnection rate. In addition, kinetic theory offers an interpretation of the current structures that form in terms of a resonance with thermal electrons. Another point of interest is that reconnection in a magnetically confined plasma can bring together field lines with a temperature or density difference. A kinetic description resolves the steep gradients that would arise in a collisionless fluid model. This paper analyses these issues on the basis of stationary reconnection processes. Stationarity rules out the additional kinetic effects of wave–particle interactions such as Landau resonances.
ほぼ無衝突の天体プラズマや磁気核融合実験において、高速磁気リコネクションの可能性を理解することは重要である。強いガイド磁場の存在下での無衝突磁気リコネクションの流体モデリングは、電子慣性と電子圧縮性が重要な役割を果たす高速リコネクション率を示してきた。数値シミュレーションは、高速リコネクション率が極めて薄い電流層における電子の加速を伴うことを示している。しかしながら、このリコネクションの流体モデルでは、電流密度と渦度分布においてますます小さなスケール長が発達する。無衝突プラズマにより適しているのは運動論モデルである。運動論的効果が追加のリコネクション機構を提供するという事実に加えて、運動論的効果は電子慣性によりリコネクション過程も修正する。熱的広がりなどの運動論的効果は、高速リコネクション率を可能にしつつ、流体モデルにおいて生じる特異性を解決する。さらに、運動論理論は、熱的電子との共鳴という観点から形成される電流構造の解釈を提供する。もう一つの興味深い点は、磁気閉じ込めプラズマにおけるリコネクションが、温度または密度の差を持つ磁力線を接近させることができることである。運動論的記述は、無衝突流体モデルにおいて生じる急峻な勾配を解決する。本論文は、定常リコネクション過程に基づいてこれらの問題を分析する。定常性は、ランダウ共鳴などの波動-粒子相互作用の追加の運動論的効果を排除する。