चुंबकीय पुन: संयोजन

चुंबकीय पुनर्संयोजन: यह दृश्य विभाजक पार्कर-स्वीट पुनर्संयोजन होकर जाने वाले चार चुंबकीय प्रक्षेत्र का अनुप्रस्थकाट है। दो विभाजक (पाठ देखें) आकृति के केंद्र में विभाजक के साथ समष्टि को चार चुंबकीय प्रक्षेत्र में विभाजित करते हैं। क्षेत्र रेखाएँ (और संबंधित प्लास्मा) विभाजक के ऊपर और नीचे से भीतर की ओर प्रवाहित होती हैं, पुन: संयोजित होती हैं और विद्युत धारा के साथ बाहर की ओर प्रवाहित होती हैं। मैग्नेटोस्फीयर (चुंबकीय मंडल) और प्रयोगशाला प्लाज्मा प्रयोगों में इन-सीटू अंतरिक्ष यान माप का अर्थ है कि यह प्रक्रिया तेजी से अच्छी तरह से समझी जाती है: एक बार आरम्भ होने के पश्चात यह पार्कर-स्वीट सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में परिमाण के अनेक आदेशों को आगे बढ़ाता है।

सौर प्रज्वाल के समय चुंबकीय पुनर्संयोजन का विकास।

चुंबकीय पुनर्संयोजन एक भौतिक प्रक्रिया है जो अत्यधिक प्रवाहकीय प्लाज्मा (भौतिकी) में होती है जिसमें चुंबकीय सांस्थिति को पुनर्व्यवस्थित किया जाता है और चुंबकीय ऊर्जा को गतिज ऊर्जा, तापीय ऊर्जा और अणु त्वरण में परिवर्तित किया जाता है। चुंबकीय पुनर्संयोजन, चुंबकीय क्षेत्र के धीमी प्रतिरोधी विसरण और द्रुत अल्फवेनिक समयमान के बीच मध्यवर्ती समयमान पर होता है।

चुंबकीय पुनर्संयोजन की अवधारणा को सर्वप्रथम वर्ष 1950 में जेम्स डेंगी के पीएचडी शोध प्रबंध में प्रस्तुत किया गया था जिससे कि सौर पवन से पृथ्वी के चुंबकमंडल में द्रव्यमान, ऊर्जा और संवेग युग्मन की व्याख्या की जा सके और सर्वप्रथम उनके सेमिनल पेपर वर्ष 1961 में विवृत साहित्य पर प्रकाशित किया गया था।

मौलिक सिद्धांत

चुंबकीय पुनर्संयोजन "आदर्श-चुंबक द्रवगतिकी" और "अल्फवेन के प्रमेय "(जिसे "बद्धवत् फ्लक्स प्रमेय" भी कहा जाता है) का विश्लेषण है, जो अत्यधिक-संवाहक चुंबकत्वी प्लाज्मा के विशाल क्षेत्रों पर प्रयुक्त होता है, जिसके कारण चुंबकीय रेनॉल्ड्स संख्या संख्या वृहत है: यह प्रेरण समीकरण में ऐसे क्षेत्रों में संवहन शब्द को प्रमुख बनाता है। बद्धवत् फ्लक्स प्रमेय में कहा गया है कि ऐसे क्षेत्रों में क्षेत्र प्लाज्मा वेग (आयन और इलेक्ट्रॉन वेगों का मध्य, उनके द्रव्यमान द्वारा भारित) के साथ चलता है। इस प्रमेय के पुनर्संयोजन का विश्लेषण बड़े चुंबकीय अपरूपण के क्षेत्रों में होता है (यें एम्पीयर के नियम द्वारा विद्युत धारा हैं) जो छोटी चौड़ाई के क्षेत्र हैं जहां चुंबकीय रेनॉल्ड्स संख्या प्रेरण समीकरण में विसरण शब्द को प्रमुख बनाने के लिए पर्याप्त छोटा हो सकता है, जिसका अर्थ है कि क्षेत्र प्लाज्मा के माध्यम से उच्च क्षेत्र से निम्न क्षेत्र तक विसरित होता है। पुनर्संयोजन में, अंतर्वाह और बहिर्वाह क्षेत्र दोनों अल्फवेन के प्रमेय का पालन करते हैं और विसरण क्षेत्र विद्युत धारा के केंद्र में एक अत्यंत सूक्ष्म क्षेत्र है जहां क्षेत्र रेखाएं एक साथ विसरित, विलय और पुन: कॉन्फ़िगर करती हैं इस प्रकार कि वे अंतर्वाह क्षेत्रों (अर्थात, विद्युत धारा के साथ) की सांस्थितिकी से बहिर्वाह क्षेत्रों (यानी, विद्युत धारा को सूत्रण करते हुए) तक स्थानांतरित हो जाती हैं। इस चुंबकीय प्रवाह स्थानांतरण की दर अंतर्वाह और बहिर्वाह दोनों से संबद्ध विद्युत क्षेत्र है और इसे "पुनर्संयोजन दर" कहा जाता है।मैक्सवेल के किसी एक समीकरणों में चुंबकीय अपरुपण और विद्युत धारा की समानता देखी जा सकती है

$$\nabla \times \mathbf {B} =\mu \mathbf {J} +\mu \epsilon {\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}.$$

प्लाज्मा (आयनित गैस) में, असाधारण रूप से उच्च आवृत्ति वाली  परिघटनाओं के अलावा सभी के लिए, इस समीकरण के दाईं ओर द्वितीय पद में विस्थापन धारा मुक्त धारा $\mathbf {J}$ के प्रभाव की तुलना में नगण्य है और यह समीकरण मुक्त आवेशों के लिए एम्पीयर के नियम को कम करता है। पार्कर-स्वीट और पेट्सचेक पुनर्संयोजन के सैद्धांतिक उपचार दोनों में, और आदर्श एमएचडी और अल्फवेन के प्रमेय की व्युत्पत्ति में विस्थापन धारा की उपेक्षा की गई है जो निम्न विसरण क्षेत्र के अलावा सर्वत्र उन सिद्धांतों में प्रयुक्त होती है, जिसकी चर्चा नीचे की गई है।

धारा परत की प्रतिरोधकता दोनों ओर से चुंबकीय प्रवाह को धारा परत के माध्यम से विसरित होने की अनुमति देती है जो सीमा के दूसरी ओर से बहिर्वाह को निरसित कर देती है। यद्यपि, विद्युत धारा का लघु स्थानगत पैमाना चुंबकीय रेनॉल्ड्स संख्या को छोटा बनाता है और इसलिए यह केवल प्रतिरोधकता परिवर्धित किए रहित, प्रेरण समीकरण में विसरण पद को प्रमुख बना सकता है। जब सीमा के दो स्थलों से विसरण होने वाली क्षेत्र रेखाएँ स्पर्श करती हैं तो वे पृथक्करण बनाती हैं और इसलिए उनमें अंतर्वाह क्षेत्र (अर्थात विद्युत धारा के साथ) और बहिर्वाह क्षेत्र (अर्थात, विद्युत धारा को सूत्रण करते हुए) दोनों की सांस्थितिकी होती है। चुंबकीय पुनर्संयोजन में क्षेत्र रेखाएँ पृथक्करण सांस्थितिकी के माध्यम से अंतर्वाह सांस्थितिकी से बहिर्वाह सांस्थितिकी तक विकसित होती हैं। तत्पश्चात प्लाज़्मा को चुंबकीय तनाव बल द्वारा पुन: कॉन्फ़िगर की गई क्षेत्र रेखाओं पर कार्य करते हुए विकर्षित किया जाता है और विद्युत धारा के साथ निष्कासन किया जाता है। दबाव में परिणामी विक्षेपण अधिक प्लाज्मा और चुंबकीय प्रवाह को केन्द्रीय क्षेत्र में खींचती है जिससे स्वसंपोषी प्रक्रिया उत्पन्न होती है। आदर्श-एमएचडी के स्थानगत विश्लेषण की डेंगी की अवधारणा का महत्व यह है कि विद्युत धारा के साथ बहिर्वाह प्लाज्मा दबाव में वृद्‍धि को निवारित करता है जो अन्यथा अंतर्वाह को बाधित कर देगा। पार्कर-स्वीट पुनर्संयोजन में बहिर्वाह विद्युत धारा के केंद्र में केवल एक तनु परत के साथ होता है और यह पुनर्संयोजन दर को सीमित करता है जिसे निम्न मान तक प्राप्त किया जा सकता है। जबकि, पेट्सचेक पुनर्संयोजन में बहिर्वाह क्षेत्र अधिक व्यापक है, जो अंतर्वाह में स्थित प्रघाताग्र के बीच (वर्तमान अल्फवेन तरंगों के रूप में माना जाता है) होता है: यह पुन: संयोजित क्षेत्र रेखाओं पर बद्धवत् प्लाज्मा के द्रुत निकास की अनुमति देता है और पुनर्संयोजन दर अधिक उच्च हो सकती है।

जेम्स डेंगी ने "रीकनेक्शन (पुनर्संयोजन)" शब्द सृष्ट किया क्योंकि उन्होंने प्रारंभ में अंतर्वाह सांस्थितिकी की क्षेत्र रेखाओं को खंडन करने और  बहिर्वाह सांस्थितिकी में पुनः संयुक्त करने की परिकल्पना की थी। यद्यपि, इसका तात्पर्य यह है कि चुंबकीय मोनोपोल सीमित अवधि के लिए उपस्थित होंगे, जो मैक्सवेल के समीकरण का उल्लंघन करेगा कि क्षेत्र का विचलन शून्य है। यद्यपि, सेपरेट्रिक्स टोपोलॉजी के माध्यम से विकास पर विचार करके, चुंबकीय मोनोपोल के उपयोग करने की आवश्यकता से परिवर्जन किया जाता है। चुंबकमंडल के वैश्विक संख्यात्मक एमएचडी मॉडल जो आदर्श एमएचडी के समीकरणों का उपयोग करते हैं, चुंबकीय पुनर्संयोजन का अनुकरण भी करते हैं, यद्यपि यह आदर्श एमएचडी का विश्लेषण है। इसका कारण डेंगी के मूल विचारों के समीप है: संख्यात्मक मॉडल के प्रत्येक चरण में आदर्श एमएचडी के समीकरणों को नए क्षेत्र और प्लाज्मा स्थितियों का मूल्यांकन करने के लिए अनुरूपण के प्रत्येक ग्रिड बिंदु पर हल किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को तब पुनः अंकित करना होगा। अनुरेखण एल्गोरिद्म तनु विद्युत धारा में त्रुटियां करता है और विद्युत धारा के सूत्रण करके क्षेत्र रेखाओं को संयुक्त करता है जहां वे इससे पूर्व विद्युत धारा के साथ संरेखित थे। इसे प्रायः "संख्यात्मक प्रतिरोधकता" कहा जाता है और अनुरूपण का अनुमानित मान होता है क्योंकि त्रुटि विसरण समीकरण के अनुसार प्रसारित होती है।

प्लाज्मा भौतिकी में वर्तमान समस्या यह है कि उच्च लुंडक्विस्ट संख्या प्लास्मा (यानी द्रुत चुंबकीय पुनर्संयोजन) में एमएचडी द्वारा प्रागुक्त की तुलना में प्रेक्षित पुनर्संयोजन अधिक तेजी से होता है। उदाहरण के लिए, सौर प्रज्वाल एक सामान्य गणना की तुलना में तीव्रता के 13-14 परिमाण के क्रम से प्रवृत्त होती हैं, और वर्तमान सैद्धांतिक मॉडल जिनमें विक्षोभ और गतिज प्रभाव सम्मिलित हैं, की तुलना में परिमाण के कई क्रम तेजी से बढ़ते हैं। विसंगति की व्याख्या करने के लिए एक संभावित तंत्र यह है कि सीमा परत में विद्युत चुम्बकीय विक्षोभ इलेक्ट्रॉनों को प्रकीर्ण करने के लिए पर्याप्त रूप से प्रभावशाली है, जिससे प्लाज्मा की स्थानीय प्रतिरोधकता में वृद्धि हो जाती है। यह चुंबकीय प्रवाह को तेजी से विसरण होने की अनुमति देगा।

गुण

सूर्य पर एक चुंबकीय पुनर्संयोजन घटना।

भौतिक स्पष्टीकरण

पुनर्संयोजन प्रक्रिया का गुणात्मक विवरण इस प्रकार है कि विभिन्न चुंबकीय प्रांत (फ़ील्ड लाइन कनेक्टिविटी द्वारा परिभाषित) से चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं स्रोतों के सन्दर्भ में संयोजकता अपने स्वरूप को परिवर्तित करते हुए एक-दूसरे से जुड़ जाती हैं। यह प्लाज्मा भौतिकी में एक अनुमानित संरक्षण कानून का उल्लंघन है जिसे अल्फवेन की प्रमेय कहा जाता है (जिसे "फ्रोजन-इन फ्लक्स प्रमेय" का "आदर्श एमएचडी" भी कहा जाता है) और अंतरिक्ष तथा समय दोनों में यांत्रिक या चुंबकीय ऊर्जा को केंद्रित कर सकता है। सौर मंडल में सौर प्रज्वाल अत्यधिक विशाल विस्फोटन है, इसमें सूर्य पर चुंबकीय प्रवाह की बड़ी प्रणालियों का पुनर्संयोजन सम्मिलित हो सकता है, जो चुंबकीय क्षेत्र में घंटों से लेकर दिनों तक संग्रहीत की गई ऊर्जा का त्याग मिनटों में करता है। पृथ्वी के चुंबकीय मंडल में चुंबकीय पुनर्संयोजन ध्रुवीय ज्योति के लिए उत्तरदायी प्रक्रिया में से एक है तथा यह नियंत्रित परमाणु संलयन के विज्ञान के लिए भी महत्वपूर्ण है क्योंकि यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो संलयन ईंधन के चुंबकीय परिरोध को रोकता है।

एक विद्युत प्रवाहकीय प्लाज्मा में चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को 'डोमेन' में समूहीकृत किया जाता है—क्षेत्र रेखाओं का समूह जो एक विशेष स्थान को दूसरे विशेष स्थान से संयोजित करते हैं तथा जो आस-पास की अन्य क्षेत्र रेखाओं से स्थैतिक रूप से भिन्न होते हैं। यह टोपोलॉजी लगभग उस समय भी संरक्षित होती है जब चुंबकीय क्षेत्र स्वयं चर धाराओं या चुंबकीय स्रोतों की गति की उपस्थिति द्वारा दृढ़ता से विकृत हो जाता है क्योंकि यह प्रभाव जो या तो चुंबकीय टोपोलॉजी को परिवर्तित कर सकते हैं या इसके अतिरिक्त प्लाज्मा में एडी धाराओं को प्रेरित करते हैं, ये एडी धाराएं  टॉपोलेजिकल परिवर्तन को रद्द करने का प्रभाव रखती हैं।

पुनर्संयोजन के प्रकार

दो आयामों में, चुंबकीय पुनर्संयोजन का अधिक सामान्य प्रकार विभाजक पुनर्संयोजन है जिसमें चार विभिन्न चुंबकीय डोमेन चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का आदान-प्रदान करते हैं। एक चुंबकीय प्लाज्मा में डोमेन विभिन्न सतहों से अलग होते हैं: अंतरिक्ष में वक्रित सतहें जो प्रवाह के विभिन्न समूहों को विभाजित करती हैं। विभाजक के एक ओर क्षेत्र रेखाएं एक विशेष चुंबकीय ध्रुव पर समाप्त होती हैं जबकि दूसरी ओर क्षेत्र रेखाएं समान चिह्न के एक भिन्न ध्रुव पर समाप्त होती हैं। चूंकि प्रत्येक क्षेत्र रेखा सामान्यतः एक उत्तरी चुंबकीय ध्रुव पर प्रारम्भ तथा एक दक्षिणी  चुंबकीय ध्रुव पर समाप्त होती है, सरल प्रवाह प्रणाली को विभाजित करने का अधिक सामान्य तरीका चार डोमेन को दो सेपरटरिसेस से पृथक करता है: एक तिर्यक निशान सतह प्रवाह को दो समूहों में विभाजित करती है, जिनमें से प्रत्येक एक दक्षिणी ध्रुव को साझा करता है और दूसरी तिर्यक निशान सतह प्रवाह को दो समूहों में विभाजित करती है, जिनमें से प्रत्येक एक उत्तरी ध्रुव को साझा करता है। सेपरटरिसेस का प्रतिच्छेदन एक विभाजक को एक एकल रेखा बनाता है जो चार विभिन्न डोमेन की सीमा पर होती है। विभाजक पुनर्संयोजन में क्षेत्र रेखाएं दो डोमेन से विभाजक में प्रवेश करती हैं तथा अन्य दो डोमेन में विभाजक से बाहर निकलने के लिए परस्पर जुड़ जाती हैं (पहला चित्र देखें)।

तीनों आयामों में क्षेत्र रेखाओं की ज्यामिति दो आयामी स्थितियों की तुलना में अधिक जटिल हो जाती है, यद्यपि उन क्षेत्रों में पुनः संबद्ध होना संभव है परंतु वहां जहां विभाजक खड़ी ढाल से जुड़ी क्षेत्र रेखाओं के साथ उपस्थित नहीं है। इन क्षेत्रों को क्वैसी-सेपरेट्रिक्स लेयर्स (क्यूएसएलएस ) के रूप में जाना जाता है तथा  सैद्धांतिक विन्यास और सौर प्रज्वालाओं में देखा गया है।

सैद्धांतिक विवरण

शिथिल पुनर्संयोजन: स्वीट–पार्कर मॉडल

वर्ष 1956 में एक सम्मेलन में पीटर एलन स्वीट और यूजीन पार्कर द्वारा चुंबकीय पुनर्संयोजन का प्रथम सैद्धांतिक संरचना स्थापित किया गया था। स्वीट ने इंगित किया कि विपरीत दिशा वाले चुंबकीय क्षेत्रों के साथ दो प्लास्मा को एक साथ धकेलने से प्रतिरोधी प्रसार एक विशिष्ट संतुलन लंबाई पैमाने की तुलना में बहुत कम लंबाई के पैमाने पर होने में सक्षम होता है। पार्कर इस सम्मेलन में उपस्थित थे और अपनी वापसी यात्रा के समय इस मॉडल के लिए स्केलिंग संबंध विकसित किए। स्वीट-पार्कर मॉडल प्रतिरोधी एमएचडी संरचना में काल-निरपेक्ष चुंबकीय पुनर्संयोजन का वर्णन करता है, जब पुनर्संयोजन करने वाले चुंबकीय क्षेत्र प्रतिसमांतर होते हैं तथा श्यानता और संपीडयता से संबंधित प्रभाव नगण्य होते हैं। प्रारंभिक वेग केवल एक $E\times B$ वेग है, इसलिए

$$E_{y}=v_{\text{in}}B_{\text{in}}$$

जहाँ $E_{y}$ तल बाह्य (आउट-ऑफ-प्लेन) वैद्युत क्षेत्र, $v_{\text{in}}$ विशेष अंतर्वाह वेग तथा $B_{\text{in}}$ विशेष ऊर्ध्वप्रवाह चुंबकीय क्षेत्र शक्ति है। विस्थापन धारा की उपेक्षा करके निम्न-आवृत्ति एम्पीयर का नियम, $\mathbf {J} ={\frac {1}{\mu _{0}}}\nabla \times \mathbf {B}$ संबंध देता है

$$J_{y}\sim {\frac {B_{\text{in}}}{\mu _{0}\delta }},$$

जहाँ $\delta$ वर्तमान परत की मोटाई आधी है। यह संबंध प्रकट करता है कि चुंबकीय क्षेत्र $\sim 2\delta$ की दूरी पर उत्क्रमित हो जाता है। परत के बाहर आदर्श विद्युत क्षेत्र का मिलान परत के अंदर प्रतिरोधक विद्युत क्षेत्र $\mathbf {E} ={\frac {1}{\sigma }}\mathbf {J}$ के साथ करने पर (ओम के नियम का प्रयोग करके), हम पाते हैं कि

$$v_{\text{in}}={\frac {E_{y}}{B_{\text{in}}}}\sim {\frac {1}{\mu _{0}\sigma \delta }}={\frac {\eta }{\delta }},$$

जहाँ $\eta$ चुम्बकीय विसरणशीलता है। जब अंतर्वाह घनत्व बहिर्वाह घनत्व के समान होता है तो द्रव्यमान का संरक्षण संबंध उत्पन्न करता है

$$v_{\text{in}}L\sim v_{\text{out}}\delta ,$$

जहाँ $L$ वर्तमान परत की अर्ध लंबाई तथा $v_{\text{out}}$ बहिर्वाह वेग है। उपरोक्त संबंध के बाएँ और दाएँ पक्ष क्रमशः परत में और परत के बाहर बड़े पैमाने पर प्रवाह का प्रतिनिधित्व करते हैं। अनुप्रवाह सक्रिय दवाब के साथ ऊर्ध्वप्रवाह चुंबकीय दवाब को समकारी करने देता है

$${\frac {B_{\text{in}}^{2}}{2\mu _{0}}}\sim {\frac {\rho v_{\text{out}}^{2}}{2}}$$

जहाँ $\rho$ प्लाज्मा का द्रव्यमान घनत्व है। बहिर्वाह वेग हेतु हल करने के पश्चात यह प्राप्त होता है

$$v_{\text{out}}\sim {\frac {B_{\text{in}}}{\sqrt {\mu _{0}\rho }}}\equiv v_{A}$$

जहाँ $v_{A}$ ऐल्फवेन वेग है। उपरोक्त संबंधों के साथ आयाम रहित पुनर्संयोजन दर $R$ को दो रूपों में लिखा जा सकता है, प्रथम $(\eta ,\delta ,v_{A})$ के संदर्भ में ओम के नियम से प्राप्त परिणाम का उपयोग करके तथा द्वितीय द्रव्यमान के संरक्षण से $(\delta ,L)$ के संदर्भ में

$$R={\frac {v_{\text{in}}}{v_{\text{out}}}}\sim {\frac {\eta }{v_{A}\delta }}\sim {\frac {\delta }{L}}.$$

चूंकि आयाम रहित लुंडक्विस्ट संख्या $S$ द्वारा दी गई है

$$S\equiv {\frac {Lv_{A}}{\eta }},$$

$R$ के दो अलग-अलग व्यंजकों को परस्पर गुणन करके वर्ग-मूल किया जाता है, जो कि पुनर्संयोजन दर $R$ और लुंडक्विस्ट संख्या $S$ के मध्य एक सरल संबंध प्रदान करता है

$$R~\sim {\sqrt {\frac {\eta }{v_{A}L}}}={\frac {1}{S^{\frac {1}{2}}}}.$$

स्वीट-पार्कर पुनर्संयोजन वैश्विक प्रसार की तुलना में अत्यधिक तीव्र पुनर्संयोजन दरों की अनुमति देता है किन्तु पृथ्वी के चुंबकीय मंडल, प्लास्मा प्रयोगशाला तथा सौर प्रज्वालाओं में प्रेक्षित की गई तीव्र पुनर्संयोजन दरों की व्याख्या करने में सक्षम नहीं है। इसके अतिरिक्त, स्वीट-पार्कर पुनर्संयोजन त्रि-आयामी प्रभाव, संघट्ट रहित भौतिकी, कालाश्रित प्रभाव, श्यानता, संपीड्यता और अनुप्रवाह दबाव की उपेक्षा करता है। द्वि-आयामी चुंबकीय पुनर्संयोजन के संख्यात्मक अनुकरण सामान्यतः इस मॉडल के साथ अनुबंध प्रदर्शित करते हैं। संघट्टात्मक पुनर्संयोजन के चुंबकीय पुनर्संयोजन प्रयोग (MRX) के परिणाम एक सामान्यीकृत स्वीट-पार्कर मॉडल के साथ अनुबंध प्रदर्शित करते हैं जिसमें संपीड्यता, अनुप्रवाह दबाव और विषम प्रतिरोधकता सम्मिलित होती है।

तीव्र पुनर्संयोजन: पेट्सचेक मॉडल

पार्कर-स्वीट की तुलना में पेट्सचेक का पुनर्संयोजन तेज होने का मूल कारण यह है कि यह बहिर्वाह क्षेत्र को चौड़ा करता है और इस तरह प्लाज्मा दबाव में वृद्धि के कारण होने वाली कुछ सीमाओं को हटा देता है। प्रवाह वेग, और इस प्रकार पुनर्संयोजन दर, केवल बहुत छोटा हो सकता है यदि बहिर्वाह क्षेत्र संकीर्ण हो। 1964 में, हैरी पेट्सचेक ने एक तंत्र का प्रस्ताव किया जहां अंतर्वाह और बहिर्वाह क्षेत्रों को स्थिर धीमी गति के झटकों से अलग किया जाता है जो अंतर्वाह में खड़े होते हैं। प्रसार क्षेत्र का पहलू अनुपात तब क्रम एकता का होता है और अधिकतम पुनर्संयोजन दर बन जाता है

$${\frac {v_{\text{in}}}{v_{A}}}\approx {\frac {\pi }{8\ln S}}.$$

यह अभिव्यक्ति तेजी से पुनर्संयोजन की अनुमति देती है और लुंडक्विस्ट संख्या से लगभग स्वतंत्र है। सिद्धांत और संख्यात्मक सिमुलेशन से पता चलता है कि पेट्सचेक द्वारा प्रस्तावित किए गए झटकों की अधिकांश क्रियाओं को अल्फवेन तरंगों और विशेष रूप से घूर्णी विच्छेदन (आरडी) द्वारा किया जा सकता है। वर्तमान शीट के दोनों किनारों पर असममित प्लाज्मा घनत्व के मामले में (पृथ्वी के डेसाइड मैग्नेटोपॉज के रूप में) अल्फवेन तरंग जो उच्च-घनत्व पक्ष पर प्रवाह में फैलती है (मैग्नेटोपॉज के मामले में सघन मैग्नेटोशीथ) में कम प्रसार गति होती है और इसलिए फील्ड रोटेशन तेजी से उस आरडी पर हो जाता है क्योंकि फील्ड लाइन रीकनेक्शन साइट से दूर फैलती है: इसलिए मैग्नेटोपॉज करंट शीट बाहरी, धीमी, आरडी में तेजी से केंद्रित हो जाती है।

समान प्रतिरोधकता के साथ प्रतिरोधी एमएचडी पुनर्संयोजन के अनुकरण ने पेट्सचेक मॉडल के स्थान पर स्वीट-पार्कर मॉडल के साथ अनुबंध में दीर्घ विद्युत धारा का विकास दिखाया। जब असामान्य रूप से बड़ी स्थानीयकृत प्रतिरोधकता का उपयोग किया जाता है, तो प्रतिरोधी एमएचडी अनुकरण में पेट्सचेक पुनर्संयोजन को सिद्ध किया जा सकता है। क्योंकि विषम प्रतिरोधकता का उपयोग केवल तभी उपयुक्त होता है जब पुनर्संयोजन परत की तुलना में कण का माध्य मुक्तपथ बड़ा होता है, यह संभावना है कि पेट्सचेक पुनर्संयोजन से पूर्व अन्य संघट्ट रहित प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं।

विषम प्रतिरोधकता और बोहम प्रसार

See also: स्पिट्जर प्रतिरोधकता § अवलोकन में मतभेद

स्वीट-पार्कर मॉडल में सामान्य धारणा यह है कि चुंबकीय विसरणीयता स्थिर है। द्रव्यमान $m$ और विद्युत आवेश $e$ वाले इलेक्ट्रॉन के लिए गति के समीकरण का उपयोग करके इसका अनुमान लगाया जा सकता है:

$${d{\mathbf {v} } \over dt}={e \over m}\mathbf {E} -\nu \mathbf {v} ,$$

जहाँ $\nu$ संघट्ट आवृत्ति है। चूंकि स्थिर अवस्था $d{\mathbf {v} }/dt=0$ में विद्युत धारा ${\mathbf {J} }=en{\mathbf {v} }$, की परिभाषा के साथ उपरोक्त समीकरण जहाँ $n$ इलेक्ट्रॉन संख्या घनत्व है,

$$\eta =\nu {c^{2} \over \omega _{pi}^{2}}.$$

फिर भी, यदि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह वेग प्लाज्मा के तापीय वेग से अधिक हो जाता है, तो एक स्थिर स्थिति प्राप्त नहीं की जा सकती है और ऊपर दिए गए समीकरण की तुलना में चुंबकीय प्रसार बहुत अधिक होना चाहिए। इसे विषम प्रतिरोधकता $\eta _{\text{anom}}$ कहा जाता है जो $\eta _{\text{anom}}/\eta$ के एक कारक द्वारा स्वीट-पार्कर मॉडल में पुनर्संयोजन दर में वृद्धि कर सकता है।

एक अन्य प्रस्थापित तंत्र को चुंबकीय क्षेत्र में बोहम प्रसार के रूप में जाना जाता है। यह ओमिक प्रतिरोधकता को $v_{A}^{2}(mc/eB)$ से परिवर्तित कर देता है, हालांकि विषम प्रतिरोधकता के समान इसका प्रभाव प्रेक्षणीयता की तुलना में अधिक न्यूनतम है।

स्टोकेस्टिक पुनर्संयोजन

स्टोकेस्टिक पुनर्संयोजन में, विक्षोभ के कारण उत्पन्न होने वाले चुंबकीय क्षेत्र में एक छोटे पैमाने पर यादृच्छिक घटक होता है। पुनर्संयोजन क्षेत्र में विक्षोभ प्रवाह के लिए चुंबकीय (मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक) विक्षोभ के लिए वर्ष 1995 में गोल्डरेच और श्रीधर द्वारा विकसित मॉडल का उपयोग किया जाना चाहिए। यह स्टोकेस्टिक मॉडल छोटे पैमाने के भौतिकी जैसे प्रतिरोधी प्रभाव से स्वतंत्र है और केवल अशांत प्रभावों पर निर्भर करता है। सामान्य शब्दों में कहा जाय तो स्टोचैस्टिक प्रारूप में टर्बुलेंस प्रारंभ में दूर के चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं को छोटे पृथक्करणों में लाता है जहां वे स्थानीय रूप से पुनः संबद्ध हो सकते हैं (स्वीट-पार्कर टाइप रीकनेक्शन) और अशांत अति - रैखिक विसरण (रिचर्डसन डिफ्यूजन) के कारण पुनः पृथक हो जाते हैं। ) लंबाई $L$, की वर्तमान परत के लिए पुनर्संयोजन वेग की ऊपरी सीमा द्वारा दी गई है

$$v=v_{\text{turb}}\;\operatorname {min} \left[\left({L \over l}\right)^{\frac {1}{2}},\left({l \over L}\right)^{\frac {1}{2}}\right],$$

जहाँ $v_{\text{turb}}=v_{l}^{2}/v_{A}$ है। यहाँ $l$, और $v_{l}$ विक्षोभ अंतःक्षेपण लंबाई पैमाने और वेग क्रमशः हैं और $v_{A}$अल्फवेन वेग है। संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा इस मॉडल का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है।

गैर-एमएचडी प्रक्रिया: संघट्ट रहित पुनर्संयोजन

आयन जड़त्वीय लंबाई $c/\omega _{pi}$ (कहाँ $\omega _{pi}\equiv {\sqrt {\frac {n_{i}Z^{2}e^{2}}{\epsilon _{0}m_{i}}}}$ आयन प्लाज्मा आवृत्ति है) से कम लंबाई के पैमाने पर आयन इलेक्ट्रॉनों से पृथक हो जाते हैं और अधिकांश चुंबकीय क्षेत्र प्लाज्मा के स्थान पर इलेक्ट्रॉन द्रव में जम जाते है। इन पैमानों पर हॉल प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाता है। द्वितरल अनुकरण प्रतिरोधक की Y-बिंदु युग्म ज्यामिति विशेषता के स्थान पर X-बिंदु ज्यामिति का गठन प्रदर्शित करता हैं। फिर व्हिस्लर तरंगों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को अत्यधिक तीव्र गति से त्वरित किया जाता है। क्योंकि आयन वर्तमान परत के पास एक व्यापक "गतिरोध" के माध्यम से आगे बढ़ सकते हैं तथा हॉल MHD में मानक MHD पुनर्संयोजन की तुलना में इलेक्ट्रॉन बहुत तेज़ी से आगे बढ़ रहे हैं, इसलिए अधिक तीव्र गति से आगे बढ़ सकते हैं। पृथ्वी के चुंबकीय मंडल में द्वितरल/संघट्ट रहित पुनर्संयोजन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

अवलोकन

सौर वातावरण

चुंबकीय पुनर्संयोजन सौर प्रज्वल कोरोनल मास इजेक्शन तथा सौर वातावरण में अनेक अन्य घटनाओं के समय होता है। सौर प्रज्वालाओं के लिए निरीक्षण स्वरूप संबंधी साक्ष्य में अंतर्वाह/बहिर्वाह, डाउनफ्लोइंग प्रस्पंद और चुंबकीय सांस्थिति में परिवर्तन के विचार सम्मिलित हैं। भूतकाल में सौर वातावरण का प्रेक्षण रिमोट इमेजिंग का उपयोग करके किया जाता था; फलस्वरूप, चुंबकीय क्षेत्र प्रत्यक्ष रूप से अवेक्षित किए जाने के स्थान पर अनुमानित या बहिर्वेशित थे। हालांकि उच्च रिज़ॉल्यूशन कोरोनल इमेजर द्वारा वर्ष 2012 (और वर्ष 2013 में विमोचित) में सौर चुंबकीय पुनर्संयोजन के प्रथम प्रत्यक्ष अवलोकन एकत्र किए गए थे।

पृथ्वी का चुंबकीय मंडल

पृथ्वी के चुंबकीय मंडल में (डेसाइड चुंबकत्वी मण्डल सीमा और मैग्नेटोटेल में) होने वाली चुंबकीय पुनर्संरचना की घटनाओं का अनेक वर्षों तक अनुमान लगाया गया था क्योंकि उन्होंने चुंबकीय मंडल के बड़े पैमाने पर गतिविधि के अनेक पहलुओं तथा पृथ्वी के निकट अंतर्ग्रहीय चुंबकीय क्षेत्र के उन्मुखीकरण पर इसकी निर्भरता को विशिष्ट रूप से समझाया था। तत्पश्चात् क्लस्टर II और मैग्नेटोस्फेरिक मल्टीस्केल मिशन जैसे अंतरिक्ष यान ने प्रत्यक्ष रूप से इन-सीटू प्रक्रिया का निरीक्षण करने के लिए पर्याप्त विश्लेषण तथा अनेक स्थानों पर अवलोकन किए हैं। क्लस्टर II एक चार-अंतरिक्ष यान अभियान है जिसमें चार अंतरिक्ष यान चतुर्पाश्वीय स्थिति में व्यवस्थित होते हैं जिससे स्थानिक और कालिक परिवर्तनों को पृथक किया जा सके क्योंकि सुइट अंतरिक्ष के माध्यम से उड़ता है। इसने अनेक पुनर्संयोजन घटनाओं का अवलोकन किया है जिसमें पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र सूर्य के साथ पुन: जुड़ता है (अर्थात अंतर्ग्रहीय चुंबकीय क्षेत्र)। इनमें 'उत्क्रमित पुनर्संयोजन' सम्मिलित है जो ध्रुवीय वलन (क्यूप्स) के समीप पृथ्वी के आयनमंडल में सूर्य की ओर संवहन का कारण बनता है; 'डेसाइड पुनर्संयोजन', जो पृथ्वी के आसपास के क्षेत्र में कणों और ऊर्जा संचरण की अनुमति देता है और 'टेल पुनर्संयोजन', जो कणों को चुंबकीय मंडल की गहराई में अन्तःक्षेप तथा पृथ्वी के मैग्नेटोटेल में संग्रहीत ऊर्जा को मुक्त करके ध्रुवीय सबस्टॉर्म का कारण बनता है। 13 मार्च वर्ष 2015 को शुभारंभ किए गए मैग्नेटोस्फेरिक मल्टीस्केल मिशन ने अंतरिक्ष यान के एक प्रत्यय संघात होने से क्लस्टर II परिणामों के स्थानिक और कालिक विश्लेषण को संशोधित किया। इससे इलेक्ट्रॉन प्रसार क्षेत्र में विद्युत धाराओं के व्यवहार की बेहतर समझ पैदा हुई।

26 फरवरी वर्ष 2008 को, थेमिस जांच मैग्नेटोस्फेरिक सबस्टॉर्म की आरम्भ के लिए प्रवर्तन घटना को निर्धारित करने में सक्षम थी। पांच में से दो जांच चंद्रमा की मापी गई घटनाओं से लगभग एक तिहाई दूरी पर स्थित हैं, जो ध्रुवीय ज्योति तीव्रण से 96 सेकंड पूर्व एक चुंबकीय पुनर्संयोजन घटना का सुझाव देती हैं। कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स के डॉ. वासिलिस एंजेलोपोलोस, जो कि थेमिस मिशन के प्रमुख अन्वेषक हैं, उन्होंने दावा किया कि हमारा डेटा स्पष्ट रूप से पहली बार प्रदर्शित करता है कि चुंबकीय पुनर्संयोजन प्रेरक है।

प्लाज्मा परीक्षण प्रयोगशाला

अनेक प्रयोगशाला परीक्षणों में चुंबकीय पुनर्संयोजन भी देखा गया है। उदाहरण के लिए, यूसीएलए में बड़ा प्लाज्मा डिवाइस (लार्ज प्लाज़्मा डिवाइस (एलएपीडी)) पर किए गए अध्ययन ने दो फ्लक्स रज्जु प्रणाली के चुंबकीय पुनर्संयोजन क्षेत्र के पास अर्ध-विभाजक परतों को प्रेक्षित और मानचित्रित किया है, जबकि प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला में चुंबकीय पुनर्संयोजन प्रयोग (एमआरएक्स) पर प्रयोग (पीपीपीएल) ने मॉडल में प्रयुक्त होने वाली प्रणालियों में स्वीट-पार्कर मॉडल सहित चुंबकीय पुनर्संयोजन के अनेक पहलुओं की पुष्टि की है। एनएसटीएक्स गोलाकार टोकामक में प्रारंभिक प्लाज्मा धारा बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले हेलिसिटी इंजेक्शन के भौतिकी विश्लेषण ने डॉ. फातिमा इब्राहिमी को प्लाज्मा प्रक्षेपक का प्रस्ताव दिया, जो अंतरिक्ष प्रणोदन के लिए थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए प्लाज्मा को गति देने के लिए तेजी से चुंबकीय पुनर्संयोजन का उपयोग करता है।

टोकामक, गोलीय टोकामक और प्रतिलोमित क्षेत्र संकोचन जैसे उपकरणों में प्लाज़्मा के परिसीमन के लिए संवृत चुंबकीय प्रवाह सतहों की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। चुंबकीय टोपोलॉजी को परिवर्तित कर चुंबकीय पुनर्संयोजन इन संवृत फ्लक्स सतहों को बाधित करके परिरोध को कम कर देता है जिससे उत्तेजित केंद्रीय प्लाज्मा को प्राचीर के समीप शीतलित प्लाज्मा के साथ मिलाने की अनुमति मिलती है।

यह भी देखें

• विद्युत धारा
• सौर कोरोना
• प्लाज्मा (भौतिकी) लेखों की सूची

अग्रिम पठन

• Eric Priest, Terry Forbes, Magnetic Reconnection, Cambridge University Press 2000, ISBN 0-521-48179-1, contents and sample chapter online
• Discoveries about magnetic reconnection in space could unlock fusion power, Space.com, 6 February 2008
• Nasa MMS-SMART mission, The Magnetospheric Multiscale (MMS) mission, Solving Magnetospheric Acceleration, Reconnection, and Turbulence. Due for launch in 2014.
• Cluster spacecraft science results

बाहरी संबंध

• Magnetism on the Sun
• Magnetic Reconnection Experiment (MRX)