Variational approach to collisionless magnetic reconnection

無衝突磁気リコネクションへの変分法的アプローチ

廣田 真; Morrison, P. J.*

Hirota, Makoto; Morrison, P. J.*

電子慣性を含む簡約化MHDモデルのハミルトン構造に着目し、それに対する変分原理を構成することによって、無衝突磁気リコネクションの線形・非線形解析に応用した。平衡状態のまわりにおいて、プラズマの変位場に関して摂動展開することにより、MHDのエネルギー原理に相当する(摂動のポテンシャルエネルギー)が電子慣性効果を含んだ形で定式化できる。が負となる変位場を見つけることにより、テアリング不安定性の線形成長率を求めることができる。さらに、この不安定モードが成長した非線形段階においても、ポテンシャルエネルギーの変化量を調べることで、不安定性が加速的に成長することを示すことができる。

In collisionless regimes, magnetic reconnection may be accelerated by the mesoscopic effects which play the role of the singular perturbation to the ideal MHD model. Several authors have recently performed noncanonical Hamiltonian formulations of such extended MHD models, for which the dynamical systems approach is expected to provide further understandings of linear and nonlinear reconnection processes. This work focuses on the effect of electron inertia and develops the variational principle for a 2D fluid model including it. By introducing the displacement field of ideal plasma motion, the perturbation expansion around equilibrium state leads to a 2nd-order potential energy (). The linear growth rate of the reconnecting mode can be reproduced in the same manner as the MHD energy principle. Moreover, this approach is extended to the analysis of the early nonlinear phase of the reconnecting mode.