Иркутск, Иркутская область, Россия
УДК 533.9 Физика плазмы
УДК 533.98 Плазмоиды
В рамках краткого обзора выполнен тематический анализ и приведена информация о четырех, обнаруженных в эксперименте плазменных эффектах, в которых проявилось неожиданное поведение ионной компоненты и для которых нет принятой интерпретации. 1. Ионы с наибольшими для квазинейтрального токового слоя энергиями зарегистрированы в О-точке (острове), причем направление их движения противоположно электрическому полю в Х-точке. 2. В плазме разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях (Е×В разряд) генерируется большое количество ионов с энергиями, значительно превышающими энергии, эквивалентные разрядному напряжению. 3. Обнаруженная область эффективной ионизации — анодный слой — при росте давления скачком перемещается из одной области плазмы в другую, что сопровождается скачком плотности ионов до 16 раз. Увеличение индукции магнитного поля приводит, наоборот, к скачку анодного слоя в обратном направлении с падением плотности ионов в 3–4 раза. 4. На функциях распределения ионов в E×B разряде выделяются скачки плотности ионов в узких диапазонах энергий, источниками которых являются локальные пространственные зоны в разрядном промежутке, где магнитное поле практически постоянное. Относительные амплитуды изомагнитных скачков составляют от ~30 до 80 % полного тока ионов на выделенной энергии. Учет аномального поведения ионов в плазме квазинейтральных токовых слоев и разрядов в скрещенных электрическом и магнитном полях позволит лучше понять процессы в космической плазме, физику коронального нагрева и формирования солнечного ветра.
ускорение ионов, квазинейтральный токовый слой, плазма разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях
1. Борзенко В.П., Кошилев Н.А., Парфенов О.Г., Строкин Н.А. Многоканальный энергоанализатор нейтральных частиц перезарядки с высоким временным разрешением. ЖТФ. 1978. T. 48, № 6. С. 1174-1177.
2. Abolmasov S.N. Physics and engineering of crossed-field discharge devices. Plasma Sources Science and Technology. 2012. Vol. 21, no. 035006. DOI:https://doi.org/10.1088/0963-0252/21/3/ 035006.
3. Altyntsev A.T., Lebedev N.V., Strokin N.A. Acceleration of ions in a current sheet with magnetic islands. Phys. Lett. A. 1988. Vol. 129, no. 5-6. P. 326-328. DOI:https://doi.org/10.1016/0375-9601(88)90342-8.
4. Altyntsev A.T., Lebedev N.V., Strokin N.A. Ion acceleration in a quasi-neutral current sheet. Planet. Space Sci. 1990. Vol. 38, no. 6. P. 751-763. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(90)90034-n.
5. Aschwanden M.J. New Millennium Solar Physics. Springer Cham: Switzerland AG. 2019. P. 714. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-13956-8.
6. Aschwanden M.J. Particle acceleration and kinematics in solar flares. A Synthesis of recent observations and theoretical concepts. Space Sci. Rev. 2022. Vol. 101, P. 1-227. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1019712124366.
7. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Strokin N.A. Advances and problems in plasma-optical mass-separation. Phys. Plasmas. 2014. Vol. 21, no. 033505. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4846898.
8. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Kazantsev A.V., Strokin N.A. A noise-immune hardware-software complex for data acquisition and preprocessing in experiments on plasma-optical mass separation. Instruments and Experimental Techniques. 2015. Vol. 58, no. 3. P. 359-363. DOI:https://doi.org/10.1134/S0020441215030045.
9. Bardakov V., Ivanov S., Kazantsev A., Strokin N., Stupin A. “Super-acceleration” of ions in a stationary plasma discharge. Phys. Lett. A. 2016. Vol. 380, no. 42. P. 3497-3499. DOI:https://doi.org/10.1016/j.physleta.2016.06.028.
10. Bardakov V.M., Ivanov S.D., Kazantsev A.V., et al. Anomalous acceleration of ions in a plasma accelerator with an anodic layer. Plasma Sci. Technol. 2018. Vol. 20, no. 035501. DOI:https://doi.org/10.1088/2058-6272/aa97cc.
11. Biskamp D., Welter H. Coalescence of Magnetic Islands. Phys. Rev. Lett. 1980. Vol. 44, no. 16-21. P. 1069-1072. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.44.1069.
12. Cavalier J., Lemoine N., Bonhomme G., et al. Hall thruster plasma fluctuations identified as the E×B electron drift instability: Modeling and fitting on experimental data. Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20, no. 082107. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4817743.
13. Choueiri E.Y. Fundamental difference between the two Hall thruster variants. Phys. Plasmas. 2001. Vol. 8, no. 8. P. 5025-5033. DOI:https://doi.org/10.1063/1.1409344.
14. Drake J.F., Swisdak M., Che H., Shay M.A. Electron acceleration from contracting magnetic islands during reconnection. Nature. 2006. Vol. 443, no. 11. P. 553-556. DOI:https://doi.org/10.1038/nature05116.
15. Dungey J.W. Conditions for the occurrence of electrical discharges in astrophysical systems. The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science: Ser. 7. 1953. Vol. 44, no. 354. P. 725-738. DOI: 10.1080/ 14786440708521050.
16. Furth H.P., Killeen J., Rosenbluth M.N. Finite-resistivity instabilities of a sheet pinch. Physics of Fluids. 1963. Vol. 6, no. 4. P. 459-484. DOI:https://doi.org/10.1063/1.1706761.
17. Garrigues L., Coche P. Electric propulsion: comparisons between different concepts. Plasma Physics and Controlled Fusion. 2011. Vol. 53, no. 124011. DOI:https://doi.org/10.1088/0741-3335/53/12/124011.
18. Giovanelli R.G. A theory of chromospheric flares. Nature. 1946. No. 4003. P. 81-82. DOI:https://doi.org/10.1038/158081a0.
19. Giovanelli R.G. Chromospheric flares. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1948. Vol. 108, no. 2. P. 163-176. DOI:https://doi.org/10.1093/mnras/108.2.163.
20. Goebel D.M., Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2008. P. 486. DOI:https://doi.org/10.1002/9780470436448.
21. Gopalswamy N., Yashiro S., Mäkelä P., et al. The Common Origin of High-energy Protons in Solar Energetic Particle Events and Sustained Gamma-Ray Emission from the Sun. Astrophys. J. 2021. Vol. 915, no. 82. P. 1-9. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac004f.
22. Kaganovich I.D., Smolyakov A., Raitses Y., et al. Physics of EB discharges relevant to plasma propulsion and similar technologies. Phys. Plasmas. 2020. Vol. 27, no. 120601. DOI:https://doi.org/10.1063/5.0010135.
23. Kasper J.C., Klein K.G., Lichko E., et al. Parker Solar Probe Enters the Magnetically Dominated Solar Corona. Phys. Rev. Lett. 2021. Vol. 127, no. 255101. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett. 127.255101.
24. Kim V., Kozubsky K.N., Murashko V.M., Semenkin A.V. History of the Hall Thrusters Development in USSR. Proceedings of the 30th International Electric Propulsion Conference IEPC-2007-142, Florence, Italy, September 17-20, 2007.
25. Kocharov L., Omodei N., Mishev A., et al. Multiple Sources of Solar High-energy Protons. Astrophys. J. 2021. Vol. 915, no. 12. P. 1-9.
26. Koshilev N.A., Masalov V.L., Strokin N.A., Shishko A.A. Measurements of the ion energy spectrum in a collisionless neutral current sheet. Sov. Phys. JETP. 1977. Vol. 45, no. 6. P. 1108-1113.
27. Loureiro N.F., Uzdensky D.A., Schekochihin A.A., et al. Turbulent magnetic reconnection in two dimensions. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2009. Vol. 399, no. 1. P. 146-150. DOI:https://doi.org/10.1111/j.1745-3933.2009.00742.x.
28. Lu L., Li F., Warmuth A., et al. Observational signatures of tearing instability in the current sheet of a Solar flare. Astrophys. J. Lett. 2022. Vol. 924, no. L7. DOI:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac42c6.
29. Melrose D.B. Particle Acceleration Processes in the Solar Corona. Australian Journal of Physics. 1990. Vol. 43, no. 6. P. 703-754. DOI:https://doi.org/10.1071/PH900703.
30. Nakamura T.K.M., The W.-L., Zenitani S., et al. Spatial and time scaling of coalescing multiple magnetic islands. Phys. Plasmas. 2023. Vol. 30, no. 022902. DOI:https://doi.org/10.1063/5.0127107.
31. Parker E.N. Sweet's mechanism for merging magnetic fields in conducting fluids. JGR. 1957. Vol. 62, no. 4. P. 509-520. DOI:https://doi.org/10.1029/JZ062i004p00509.
32. Potter M.A., Browning P.K., Gordovskyy M. Forced magnetic reconnection and plasmoid coalescence I. Magnetohydrodynamic simulations. Astron. Astrophys. 2019. Vol. 623, no. A15. DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833565.
33. Priest E., Forbes T. Magnetic reconnection. MHD theory and applications. Cambridge University Press: Cambridge. Great Britain, 2000. P. 600. DOI:https://doi.org/10.1017/CBO9780511525087.
34. Romadanov I., Smolyakov A., Raitses Y., et al. Structure of nonlocal gradient-drift instabilities in Hall E×B discharges. Phys. Plasmas. 2016. Vol. 23, no. 122111. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4971816.
35. Shibata K., Magara T. Solar flares: Magnetohydrodynamic Processes. Living Rev. Solar Phys. 2011. Vol. 8, no. 6. P. 99. DOI:https://doi.org/10.12942/lrsp-2011-6.
36. Simmonds J., Raitses Y. Ion acceleration in a wall-less Hall thruster. J. Appl. Phys. 2021. Vol. 130, no. 093302. DOI:https://doi.org/10.1063/5.0062607.
37. Strokin N.A., Bardakov V.M. Development of Idea of Plasma-Optical Mass Separation. Plasma Physics Reports. 2019а. Vol. 45, no. 1. P. 46-56. DOI:https://doi.org/10.1134/S1063780X19010148.
38. Strokin N.A., Kazantsev A.V., Bardakov V.M., et al. Jumping the anode layer in the zone of the EB discharge. Phys. Plasmas. 2019б. Vol. 26, no. 073501. DOI:https://doi.org/10.1063/1.5093778.
39. Sweet P.A. The neutral point theory of solar flares. Electromagnetic Phenomena in Cosmical Physics. Proceedings of the International Astronomical Union. 1958. Vol. 6. P. 123-134. DOI:https://doi.org/10.1017/S0074180900237704.
40. Uzdensky D.A., Loureiro N.F. Magnetic Reconnection Onset via Disruption of a Forming Current Sheet by the Tearing Instability. Phys. Rev. Lett. 2016. Vol. 116, no. 105003. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.105003.
41. Zhurin V.V., Kaufman H.R., Robinson R.S. Physics of closed drift thrusters. Plasma Sources Sci. Technol. 1999. Vol. 8, no. R1-R20. DOI:https://doi.org/10.1088/0963-0252/8/1/021.
