بررسی شتاب‌دهی ذرات باردار از طریق باز‌اتصالی مغناطیسی در محیط‌های پلاسمایی

باز اتصالی مغناطیسی که در پلاسماهای با رسانندگی الکتریکی بالا رخ می دهد، باعث تغییر ساختار خطوط میدان مغناطیسی و تبدیل انرژی مغناطیسی به انرژی جنبشی، گرمایی و شتاب دهی ذرات باردار می شود. این فرایند نقش مهمی در تغییر دینامیک پلاسماهای آزمایشگاهی، مانند پلاسمای هم جوشی توکامک و پلاسماهای فضایی، مانند کرونای خورشید، بازی می کند. میدان های الکتریکی و مغناطیسی تولید شده در بازاتصالی مغناطیسی باعث شتاب گرفتن و سوق یافتن ذرات باردار می شوند. لذا ذرات بر حسب مکان و انرژی اولیه شان یا می توانند شتاب دار شده و از ناحیه باز اتصالی با انرژی بالایی خارج شوند و یا در میدان های مغناطیسی محصور شوند. در این مطالعه، نحوه شتاب دار شدن و گیر افتادگی ذره باردار (پروتون) را با فرض انرژ ی های اولیه و مکان های اولیه متفاوت بررسی می کنیم. محاسبات عددی ما نشان می دهند که ساختار اسپاینی بازاتصالی مغناطیسی سه بعدی، می تواند به عنوان یک شتاب دهنده بالقوه برای شتاب دادن ذرات باردار در نظر گرفته شود. در چنین شرایطی پروتون می تواند به انرژی نهایی در حدود چندین مگا الکترون ولت (نسبیتی) رسیده و در مدت زمان کوتاه (چندین میلی ثانیه) شتاب بگیرد. مسیر و انرژی نهایی ذرات به شدت تحت تاثیر مکان پرتاپ (مکان اولیه) می باشد.

Study of charged particle acceleration by magnetic reconnection in a plasma

Magnetic reconnection, which occurs in high conducting plasmas, changes the topology of magnetic field lines and converts magnetic energy into the kinetic and thermal energy of plasma and also accelerates charged particles. This phenomenon plays an important role in changing the dynamic of laboratory and space plasmas such as fusion tokamaks and sun rsquo;s corona. The electric and magnetic fields generated by magnetic reconnection result in acceleration and drift motion of charged particles. Therefore, charged particles, depending on their injection position and initial kinetic energy, can be accelerated and escape or can be trapped in magnetic fields. In this study by considering different injection positions and initial kinetic energies, we investigate how a particle (proton) is accelerated or trapped. Our numerical analyses show that the spine structure for threedimensional magnetic reconnection can be considered as a potential mechanism for particle acceleration. In this model, a proton can be accelerated up to a few MeV within a few milliseconds. The particle rsquo;s trajectory and final kinetic energy strongly depend on its injection position.