Magnetic Reconnection pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Priest, Eric/ Forbes, Terry

出品人:

页数:616

译者:

出版时间:2007-2

价格:$ 153.68

装帧:Pap

isbn号码:9780521033947

丛书系列:

图书标签:

磁重联
等离子体物理
空间物理
天体物理
太阳物理
地球物理
磁流体力学
实验室物理
非线性物理
激波物理

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具体描述

Magnetic reconnection is at the core of many dynamic phenomena in the universe, such as solar flares, geomagnetic substorms and tokamak disruptions. In an authoritative volume, two world leaders on the subject give a comprehensive overview of this fundamental process. The book provides both a full account of the basic theory and a wide-ranging review of the physical phenomena created by reconnection - from laboratory machines, the Earth's magnetosphere, and the Sun's atmosphere to flare stars and astrophysical accretion disks. It also provides a succinct account of various mechanisms of particle acceleration and of how reconnection can be important in such mechanisms. The clear and pedagogical style makes this book an essential introduction for graduate students and an authoritative reference for researchers in solar physics, astrophysics, plasma physics and space science.

磁场重联：等离子体物理前沿的探索内容提要：本书深入探讨了磁场重联现象在天体物理、空间物理以及受控核聚变研究中的核心地位。我们聚焦于重联的微观物理机制、宏观动力学过程及其在宇宙尺度上的深远影响。本书结构严谨，从基础的磁流体力学（MHD）理论出发，逐步过渡到更精细的两流体和粒子模型，旨在为读者提供一个全面且深入的理解框架。第一章：重联的理论基石与历史回顾本章首先为读者奠定坚实的理论基础。我们将回顾经典磁流体力学（MHD）理论，特别是理想MHD框架下磁力线的不可穿透性（Flux Freezing）假设。随后，引入非理想MHD效应，如电阻率、电阻磁流体动力学（Resistive MHD）的引入，阐释磁场拓扑结构改变的物理条件。我们将详细分析Petchek机制和Sweet-Parker层流模型，对比它们在不同尺度和时间序列下的优缺点，并追溯磁场重联概念自Lundquist、Dungey至Parker和Sweet的演进历程。重点讨论了磁场重联在地球磁层、太阳耀斑爆发中的早期观测证据和理论解释尝试。第二章：微观物理机制的精细刻画磁场重联的实际发生，往往需要在皮氏尺度（Pico-scale）或电子惯性尺度上突破理想MHD的限制。本章深入探讨了超越经典MHD的精细物理机制。我们将详细解析电子和离子的运动对重联过程的贡献，着重分析电子惯性层和电子反常电阻率的作用。讨论了电子压力张量、洛伦兹力与磁场梯度力之间的复杂平衡。特别关注了电子非热分布函数（如双范数分布）在加速电子和加热等离子体中的关键角色。此外，本书还将探讨不同类型的重联触发机制，包括电子撕裂不稳定性（Tearing Instability）和电子惯性失稳（Electron Inertial Instabilities），以及这些机制如何影响重联的效率和速度。第三章：重联的几何形态与结构磁场重联并非一个均匀过程，它在空间上形成高度结构化的特征区域。本章侧重于重联过程中的几何结构分析。我们将详细描述经典的“X线型”重联点（X-line）的结构，并扩展到更复杂的“磁岛链”（Magnetic Island Chains）和“多重X线结构”（Multiple X-lines）。对于二维和三维重联，本书将提供详细的数学描述和数值模拟结果。特别是，我们将深入分析重联电流片（Current Sheet）的形成、演化和破裂过程，阐明磁通量传输区（MTR）的物理边界和能量耗散区域。对于快速重联，我们将探讨磁通量绳（Flux Ropes）的形成、扭曲和射出过程，及其在磁层和太阳日冕中的观测对应。第四章：重联的动力学与能量转化重联现象的本质是磁能向动能、热能和粒子加速能的高效转化过程。本章专注于动力学研究。我们将量化磁能的释放率，并对比不同模型（如Petchek、Hall MHD）对重联速度的预测。重点分析了重联过程中等离子体的加速机制，特别是磁场梯度驱动的“慢扩散”和“快射出”现象。我们将讨论等离子体在重联区内如何被加热至高能态，并通过粒子模拟（PIC）验证了非热粒子加速（如费米加速）的有效性。此外，本书将探讨重联与等离子体湍流之间的耦合关系，分析湍流如何调制重联的临界条件和效率。第五章：空间环境中的重联现象磁场重联是驱动空间天气变化的核心物理过程。本章将聚焦于太阳系内不同尺度上的重联应用。在地球磁层，我们将详细解析磁层顶重联（Magnetopause Reconnection）在能量和物质如何进入地球磁层中的作用，以及磁层尾部重联（Magnetotail Reconnection）如何驱动磁暴的爆发。通过对“重联射流”（Reconnection Jets）和“等离子体爆发”（Plasma Ejections）的分析，我们将建立重联事件与地面地磁活动之间的联系。在太阳物理方面，本书将探讨日冕物质抛射（CME）和耀斑爆发的触发机制，强调重联在磁通量绳扭曲和磁能释放中的核心地位。第六章：受控核聚变中的重联问题磁场重联在托卡马克和仿星器等受控聚变装置中扮演着复杂且至关重要的角色。本章将分析等离子体在强磁场约束下的失稳与重联行为。我们将讨论等离子体边缘的磁流体不稳定性，如磁岛的形成与磁笼（Magnetic Islands）的生长，这些过程直接影响等离子体的约束性能和能量损失。重点研究了“磁重联驱动的退火”（Magnetic Reconnection-driven Relaxation）现象，以及它如何导致等离子体约束的突然破坏（Disruptions）。此外，本书还将探讨在磁约束聚变中，如何通过外部输入能量（如射频波或粒子束）来主动控制或抑制不利的重联过程。第七章：数值模拟方法与未来展望为了精确捕捉重联的复杂性，数值模拟成为了不可或缺的工具。本章将回顾用于研究重联的主流模拟方法，包括高阶有限体积MHD求解器、Hall-MHD模拟器，以及粒子尺度上基于PIC（Particle-in-Cell）的模拟技术。我们将对比这些方法的优势和局限性，并讨论如何有效地在不同物理尺度上进行多尺度模拟的挑战。最后，本书将展望磁场重联研究的前沿方向，包括三维非线性过程的突破、重联驱动的宇宙射线加速的精确量化，以及如何将理论和模拟成果应用于下一代空间探测任务和聚变能源开发。读者对象：本书适合等离子体物理、空间物理、天体物理、行星科学及相关领域的高年级本科生、研究生以及专业研究人员阅读。读者应具备基础的磁流体力学和等离子体动力学知识。