磁场重联是等离子体中的一种基本物理过程。被认为与空间,天体,以及实验室等离子体环境中多种爆发性物理过程息息相关。在磁场重联中,伴随着磁力线拓扑位形的改变,磁能迅速释放,被转化等离子体的动能,热能,并产生高能粒子。自上世纪四十年代磁场重联的概念被提出以来,研究者利用卫星观测,数值模拟以及实验室实验等方法对其进行了大量研究。尽管已经取得了不少研究进展,但目前关于磁场重联仍然有很多未解决的问题。本文利用二维以及三维全粒子模拟方法对实验室以及空间等离子体中的磁场重联进行了研究,得到了以下结果。1.激光产生的等离子体驱动的磁场重联的模拟研究激光产生的等离子体驱动的重联是近年来发展起来的利用各种大型激光实验装置研究高能量密度等离子体中磁场重联的手段。我们通过二维粒子模拟研究了两个包裹着环形磁场的,由激光产生的等离子泡之间的相互作用。我们考虑了两种情况:一种情况下,两个等离子体泡在碰撞区域的磁场反向平行（AP算例）;另一种情况下,两个等离子体泡在碰撞区域的磁场同向平行（P算例）。通过两种情况的对比,我们研究了高能量密度等离子体中磁场重联的判据以及电子能谱的形成。模拟结果表明,AP算例中两个等离子体泡的相互作用可以分为两个阶段:挤压阶段以及重联阶段。在挤压阶段,随着等离子体泡的快速膨胀与互相挤压,等离子体泡外围环形磁场会增强,尤其是在两个等离子体泡挤压的区域;在重联阶段,两个等离子体泡之间会形成一个薄电流片,然后发生重联。在P算例中,只存在两个等离子体泡之间的挤压过程。在两种情况下,我们都观测到了两个等离子泡相互作用区的四极Hall磁场、双极Hall电场,电子加热和电子非回旋度增强。然而只有在AP算例中,我们看到了三束平面内的电子高速流。我们认为除了两个激光产生的等离子体泡碰撞区的磁场湮灭,三束电子高速流也可以作为重联发生的证据。在挤压阶段,由于等离子体泡外围磁场的增强,电子会在垂直方向上获得Betatron加速。同时,有一部分非热电子通过费米加速产生,即电子在两个快速靠近的等离子体泡之间来回弹跳并被等离子体泡膨胀的对流电场加速。在重联阶段,电子在X线附近进一步被重联电场加速。当等离子体泡的膨胀速度足够大时,形成的电子能谱呈现kappa分布,即低能区满足麦克斯韦分布,高能区满足幂律谱分布。同时,增加等离子体泡的膨胀速度,挤压阶段和重联阶段的幂律谱都会变硬。2.激光诱导的电流驱动的磁场重联的模拟研究激光诱导的电流驱动的磁场重联是一种新的研究低等离子体β条件下驱动重联的实验方案。实验中两束高功率激光聚焦到一个电容-线圈靶上。磁场重联会在两个平行线圈中的电流激发的磁泡之间发生。我们用柱坐标二维粒子模拟研究了这一过程,模拟平面为（r,z）平面。随着线圈中电流的增强,其产生的两个磁泡逐渐膨胀,并在中间形成电流片,当电流片变得足够薄的时候,重联就会触发。我们看到了重联扩散区的四极Hall磁场Bθ以及出流区远离X线的电子出流形成的电流Jer。由于柱坐标中X线是沿着θ方向的圆,r=0处的等离子体的汇聚流会导致Bε和Jer在两个出流区方向不对称。3.引导场重联中重联电场的自发增长重联电场是磁场重联中的重要物理量。它量化了磁拓扑位形的改变以及磁能的耗散。我们利用二维粒子模拟研究了引导场重联中电子扩散区重联电场的增长过程。首先,一个种子电场会由于撕裂模不稳定性的激发而产生;然后,电子扩散区的重联电场会经历一个自发的指数增长阶段直到饱和,这一过程中,重联电场由电子压力张量项主导。我们提出了一个理论模型来解释这一增长过程。电子扩散区的重联电场与电子出流速度成正比。由于电子出流是由入流电子被重联电场加速后沿出流方向离开电子扩散区形成,因此电子出流速度的时间偏导正比于重联电场。这种自增强过程最终导致电子扩散区重联电场的指数增长。4.有限长X线重联的三维模型研究之前关于磁场重联的模拟以及模型大多限制在二维条件下,假设X线是无限长的。但是大量观测表明有限长X线重联是一种非常普遍的现象。我们用三维粒子模拟研究了有限长X线重联,并提出了一个模型来描述重联率以及重联出流速度与X线长度的关系。我们发现重联在晨侧（电子漂移方向）更为活跃,但在昏侧（离子漂移方向）重联会被抑制。这种沿电流方向的X线的内在不对称性是由于磁通量被电子输运至晨侧造成的。重联抑制区的长度大约为10di,平均重联率下降是由于活跃区长度有限,重联出流速度下降是由于出流区J和B错位造成的洛伦兹力J×B减小,这一错位同样是由磁通量的输运造成的。