Procesos disipativos rápidos en magnetohidrodinámica - Bender, Laurence Eugene (1997)
Se investiga en forma analítica y numérica la evolución temporal de láminas de corriente en configuraciones de aniquilación magnética forzadas por un flujo con un punto de estancamiento. Se muestran las importantes consecuencias físicas de la etapa de formación de la lámina de corriente, que se puede originar a partir de una "semilla" inicial de campo magnético o mediante la inyección continua de flujo magnético. La convección y amplificación del campo magnético en un flujo de estancamiento genera una disipación Joule muy intensa dentro de la lámina de corriente en escalas de tiempo hidrodinámicas. Estos efectos pueden dar lugar a la aniquilación rápida del campo magnético, a la formación de estructuras disipativas estacionarias o a soluciones que crecen indefinidamente con el tiempo, dependiendo del balance entre la disipación y el ingreso de flujo magnético. Los elementos básicos del proceso de amplificación de la energía magnética se examinan usando argumentos físicos sencillos basados en consideraciones de orden de magnitud. Se obtienen soluciones analíticas dependientes del tiempo que describen la evolución del campo magnético en flujos con geometría plana. Suponiendo condiciones iniciales y de contorno generales para la componente de campo magnético contenida en el plano del movimiento, se demuestra que la capa en donde el campo magnético cambia de signo tiende a desaparecer durante la formación de la lámina de corriente. Por otra parte, la componente de campo magnético normal al flujo de estancamiento siempre se extingue rápidamente. En consecuencia, las configuraciones estacionarias de campo magnético con cambio de signo que se consideran habitualmente en los estudios de procesos de reconexión magnética e inestabilidades resistivas, resultan ser casos excepcionales en lugar de estructuras magnéticas genéricas. Se obtienen soluciones autosimilares que describen la amplificación y el decaimiento del campo magnético en flujos planos y axialmente simétricos. En flujos con un punto de estancamiento tridimensional las láminas de corriente se aniquilan completamente a menos que sean sostenidas por una inyección continua de energía magnética. Se consideran aplicaciones de estos modelos a la magnetósfera terrestre, a la formación de estructuras disipativas en el Plasma Focus y al calentamiento de la corona solar. Se estudia la influencia del flujo de estancamiento, que tiende a oponerse a la permanencia de configuraciones con campo magnético reconectado, sobre la estabilidad de la lámina de corriente. Simulaciones numéricas de reconexión magnética en dos dimensiones muestran la formación y consolidación de la lámina de corriente. El incremento de la conductividad provocado por el aumento de la temperatura en la lámina de corriente puede acelerar los procesos de amplificación y decaimiento del campo magnético. Estos efectos térmicos se ilustran mediante soluciones numéricas. Los límites del modelo incompresible debidos al calentamiento y a las variaciones de densidad se discuten brevemente. En el último capítulo se estudia en forma numérica la evolución de láminas de corriente en flujos compresibles.