激光驱动亥姆霍兹电容线圈靶磁重联实验的数值模拟*

许杉杉 梅志星> 仲佳勇 林 隽，4

(1 中国科学院云南天文台昆明650011)

(2 中国科学院大学北京100049)

(3 北京师范大学天文系北京100875)

(4 中国科学院天文大科学研究中心北京100012)

1 引言

在实验室中运用激光与等离子体作用可以产生极端天体物理条件， 从而对天体物理现象进行研究是实验室研究天体物理的主要方法， 例如对磁化天体物理喷流[1]、等离子体磁重联(MR)[2]、等离子体在磁场中的膨胀[3]等的研究. 其中等离子体磁重联是宇宙中许多动力学现象的核心驱动力， 例如地磁亚暴[4]、太阳爆发[5]和磁中子星罕见耀发[6]等. 在这些天体物理现象中， 磁重联是核心的物理过程， 在该过程中磁场拓扑结构发生变化， 并将存储在磁结构中的磁能转换为等离子体的热能、动能以及高能粒子的动能[7].

近年来， 通过在实验室中应用激光驱动的磁重联(LDMR)[8-9]进行了许多有关天体物理现象的研究. 例如， Zhong等[10]在他们的实验中利用强长脉冲(纳秒)激光驱动薄固体靶激发等离子体和磁场， 从而对两个磁化等离子体团之间所发生的磁重联现象进行研究. 当固体靶被激光照射时， 会迅速离子化、并产生向外膨胀的超热等离子体团. 由于比尔曼电池效应[11]， 该等离子体团包含有很强的磁场并跟随等离子体团一同膨胀， 当两个相同的等离子体团碰撞时便会触发磁重联. Zhong等[10]使用两个相同且平行的激光束照射在同一平面靶上的两个位置， 首次在实验室中模拟了太阳双带耀斑现象， 结果显示出……