We present a novel code which solves the Vlasov–Fokker–Planck (VFP) equation in three-dimensional magnetic turbulence using finite difference methods. The approach is distinct from particle tracking codes. The angular component of the velocity space distribution function is represented by a spherical harmonic expansion drawing on an approach pioneered by Bell et al (2006 Plasma Phys. Control. Fusion48 R37) for laser–plasma interaction simulations. This method enables the accurate representation of magnetic fields and of the effect of angular scattering effects on a particle distribution function. The code has been verified against both collisional and quasi-linear turbulent transport theories. It is shown to address successfully the physics of cross-field transport in regimes of magnetic field field perturbation amplitude and collisionality that are difficult to study using other approaches.
本論文では、有限差分法を用いて三次元磁気乱流中のVlasov–Fokker–Planck（VFP）方程式を解く新しいコードを提示する。この手法は、粒子追跡コードとは異なるアプローチである。速度空間分布関数の角度成分は、レーザー・プラズマ相互作用シミュレーションのためにBellら（2006 Plasma Phys. Control. Fusion 48 R37）が開拓した手法に基づく球面調和関数展開によって表現される。この方法により、磁場と、粒子分布関数に対する角度散乱効果の影響を正確に表現することができる。本コードは、衝突理論および準線形乱流輸送理論の両方に対して検証されている。また、他の手法では研究が困難な、磁場摂動の振幅と衝突頻度の領域における横断輸送の物理を、本コードが首尾よく扱うことが示されている。