Electron cyclotron waves enable precise control of fusion plasmas through resonant modification of the electron distribution function, with applications including heating, current drive, and control of magnetohydrodynamic instabilities such as neoclassical tearing modes and sawteeth. This work employs canonical perturbation theory to derive analytical expressions for electrons’ extreme variations of canonical momenta, resonantly interacting with spatially localized radio frequency (RF) beams in magnetized plasmas. The underlying analytical framework captures the complete dependence of the wave-particle interaction on both electron kinetic characteristics and RF beam parameters, including wave mode, frequency, polarization, beam waist, and angle of incidence with respect to the magnetic field.
電子サイクロトロン波は、電子分布関数の共鳴的改変を通じて核融合プラズマの精密な制御を可能にし、加熱、電流駆動、そして新古典テアリングモードや鋸歯状振動などの磁気流体力学的不安定性の制御を含む応用がある。本研究では、正準摂動論を用いて、磁化プラズマ中の空間的に局在する無線周波数(RF)ビームと共鳴的に相互作用する電子の正準運動量の極端な変動に対する解析的表式を導出する。基礎となる解析的枠組みは、波動-粒子相互作用の完全な依存性を、電子の運動学的特性とRFビームパラメータの両方、すなわち波動モード、周波数、偏極、ビームウエスト、および磁場に対する入射角に関して捉える。