Variational method for estimating nonlinear acceleration of collisionless magnetic reconnection

廣田 真; Morrison, P. J.*; 石井 康友; 矢木 雅敏; 相羽 信行

no journal, , 

変分原理を活用した方法により、無衝突プラズマにおける磁気リコネクションの解析を行った。無衝突(すなわち無散逸)のプラズマを記述するモデルがハミルトン系を構成するという事実により、それに対する変分原理をまず定式化した。ここで、流体要素のトポロジカルな変位場を力学的な変数とみなして変分をとる。「電子慣性」と呼ばれる効果はこのモデルにおいて、特異摂動の役割をもち、プラズマのトポロジカルな不変量を修正するため、散逸機構を介さずに磁力線のつなぎ換えを引き起こす。このように修正されたトポロジカルな拘束条件のもとで、系のポテンシャルエネルギーが減少するような変位場が存在すると、そのような変位は不安定成長することが予想される。磁気リコネクションの発生を示すためには、比較的簡単な仮想変位を与えればよく、非線形段階では線形段階よりもポテンシャルが急激に減少し、加速的に磁気リコネクションが進行することが評価できた。