نویسندگان

گروه فیزیک اتمی و مولکولی، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

باز‌اتصالی مغناطیسی که در پلاسماهای با رسانندگی الکتریکی بالا رخ می‌دهد، باعث تغییر ساختار خطوط میدان مغناطیسی و تبدیل انرژی مغناطیسی به انرژی جنبشی، گرمایی و شتاب‌دهی ذرات باردار می‌شود. این فرایند نقش مهمی در تغییر دینامیک پلاسماهای آزمایشگاهی، مانند پلاسمای هم‌جوشی توکامک و پلاسماهای فضایی، مانند کرونای خورشید، بازی می‌کند. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تولید شده در بازاتصالی مغناطیسی باعث شتاب گرفتن و سوق یافتن ذرات باردار می‌شوند. لذا ذرات بر حسب مکان و انرژی اولیه‌شان یا می‌توانند شتاب‌دار شده و از ناحیه باز‌اتصالی با انرژی بالایی خارج شوند و یا در میدان‌های مغناطیسی محصور شوند. در این مطالعه، نحوه شتاب‌دار شدن و گیر‌افتادگی ذره باردار (پروتون) را با فرض انرژ‌ی‌های اولیه و مکان‌های اولیه متفاوت بررسی می‌کنیم. محاسبات عددی ما نشان می‌دهند که ساختار اسپاینی بازاتصالی مغناطیسی سه بعدی، می‌تواند به عنوان یک شتاب‌دهنده بالقوه برای شتاب دادن ذرات باردار در نظر گرفته شود. در چنین شرایطی پروتون می‌تواند به انرژی نهایی در حدود چندین مگا الکترون ولت (نسبیتی) رسیده و در مدت زمان کوتاه (چندین میلی ثانیه) شتاب بگیرد. مسیر و انرژی نهایی ذرات به شدت تحت تأثیر مکان پرتاپ (مکان اولیه) می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of charged particle acceleration by magnetic reconnection in a plasma

نویسندگان [English]

  • M Mehdizade
  • M Hosseinpour
  • M A Mohammadi

چکیده [English]

Magnetic reconnection, which occurs in high conducting plasmas, changes the topology of magnetic field lines and converts magnetic energy into the kinetic and thermal energy of plasma and also accelerates charged particles. This phenomenon plays an important role in changing the dynamic of laboratory and space plasmas such as fusion tokamaks and sun’s corona. The electric and magnetic fields generated by magnetic reconnection result in acceleration and drift motion of charged particles. Therefore, charged particles, depending on their injection position and initial kinetic energy, can be accelerated and escape or can be trapped in magnetic fields. In this study by considering different injection positions and initial kinetic energies, we investigate how a particle (proton) is accelerated or trapped. Our numerical analyses show that the spine structure for three-dimensional magnetic reconnection can be considered as a potential mechanism for particle acceleration. In this model, a proton can be accelerated up to a few MeV within a few milliseconds. The particle’s trajectory and final kinetic energy strongly depend on its injection position.

کلیدواژه‌ها [English]

  • charged particles acceleration
  • magnetic reconnection
  • magnetohydrodynamics

1. E Priest and T G Forbes, “Magnetic Reconnection MHD Theory and Applications”, Cambridge University Press )2000(. 2. M Yamada, R Kulsrud, and H Ji. Rev. Mod. Phys. 82 )2010( 603. 3. D Biskamp, “Magnetic Reconnection in Plasmas”, Cambridge University Press (2000). 4. R P Lin et al., The Astrophysical Journal 595 (2003) 69. 5. R P Lin and H S Hudson, Solar phys. 50 (1976) 153. 6. D I Pontin, Rev. Adv. Space Res. 47 (2011) 1508. 7. E R Priest and D I Pontin. Phys. Plasmas 16 (2009) 122101. 8. E R Priest and V S Titov, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 354 (1996) 2951. 9. D W Longcope and C E Parnell, Solar Phys. 254 (2009) 51. 10. S Dalla and P K Browning, Astronomy & Astrophysics 436 (2005) 1103.

تحت نظارت وف بومی