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Accès ouvert déclaré 2026 article

Transition of Magnetic Reconnection Regimes in Partially Ionized Plasmas

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Résumé fourni par la source

Abstract Magnetic reconnection in partially ionized plasmas plays a crucial role in a wide range of solar, astrophysical, and laboratory environments. While reconnection in such plasmas is commonly characterized by the ion–neutral coupling strength and the ionization fraction χ = n i /( n i + n n ), most previous studies have focused primarily on the former. A systematic exploration of the ionization fraction, particularly in combination with ion–neutral coupling, is still lacking. This study presents the first systematic scan of the two-dimensional parameter space defined by ion–neutral collisionality and ionization fraction, enabling investigation of the transition from strongly coupled reconnection to faster, decoupled reconnection. To achieve this, we employ a new three-fluid, five-moment numerical model that treats electrons, ions, and neutrals as separate species on an equal footing. We find that in the strongly coupled regime, the reconnection rate is consistent with a χ 1/4 scaling. As collisionality decreases, the system transitions to a fast, ionization-independent regime. On the other hand, in the weakly coupled and fast-reconnection regimes, the current sheet approaches an ion-inertial-scale thickness rather than the expanded hybrid scale d i χ −1/2 predicted by fully coupled analytic fluid theories. The identified critical thickness and the resulting onset of fast reconnection agree reasonably well with recent fully kinetic simulations and laboratory experiments. In addition, we show that, over a wide range of coupling strengths, the ion outflow velocities remain Alfvénic, scaling with the appropriate ion or hybrid Alfvén speed, while the hybrid outflow velocity scales as χ 1/2 when normalized by ion Alfvén speed.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Transition of Magnetic Reconnection Regimes in Partially Ionized Plasmas
Date Crossref
31/08/2026
Éditeur
American Astronomical Society
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude et ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Institutions déclarées

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Sujets associés

Ionosphere and magnetosphere dynamicsSolar and Space Plasma DynamicsMagnetic confinement fusion research

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