Several heuristic models for nonlocal transport in plasmas have been developed, but they have had a limited possibility of detailed comparison with experimental data. Nonlocal aspects introduced by the existence of a known spectrum of relatively stable saturated tearing modes in a low current reversed field pinch (RFP) offers a unique possibility for such a study. A numerical modeling of the magnetic structure and associated particle transport is carried out for the RFP experiment at the Consorzio RFX, Padova, Italy. A reproduction of the tearing mode spectrum with a guiding center code (White and Chance 1984 Phys. Fluids27 2455) reliably reproduces the observed soft x-ray tomography. Following particle trajectories in the stochastic magnetic field shows the transport across the unperturbed flux surfaces to be due to a spectrum of Lévy flights, with the details of the spectrum position dependent. The resulting transport is subdiffusive, and cannot be described by Rechester–Rosenbluth diffusion, which depends on a random phase approximation. If one attempts to fit the local transport phenomenologically, the subdiffusion can be fit with a combination of diffusion and inward pinch (Spizzo et al 2007 Phys. Plasmas14 102310). It is found that whereas passing particles explore the stochastic field and hence participate in Lévy flights, the trapped particles experience normal neoclassical diffusion.A two fluid nonlocal Montroll equation is used to model this transport, with a Lévy flight defined as the motion of an ion during the period that the pitch has one sign. The necessary input to the Montroll equation consists of a time distribution for the Lévy flights, given by the pitch angle scattering operator, and a distribution of the flight distances, determined numerically using a guiding center code. Results are compared with the experiment. The relation of this formulation to fractional kinetics is also described.
プラズマ中の非局所輸送に関するいくつかのヒューリスティックモデルが開発されてきたが、実験データとの詳細な比較が可能となるケースは限られていた。低電流の反転磁場ピンチ(RFP)において、比較的安定なテアリングモードの既知のスペクトルによって導入される非局所的な側面は、このような研究のための独自の可能性を提供する。イタリアのパドヴァにあるConsorzio RFXでのRFP実験について、磁気構造とそれに伴う粒子輸送の数値モデリングが実施された。ガイディングセンターコード(White and Chance 1984 Phys. Fluids 27 2455)によるテアリングモードスペクトルの再現は、観測された軟X線トモグラフィーを確実に再現する。確率論的磁場中の粒子軌道を追跡すると、摂動を受けていない磁束面を横切る輸送がレヴィフライトのスペクトルによるものであることが示され、その詳細は位置に依存する。結果として生じる輸送は亜拡散的であり、ランダム位相近似に依存するレヒェスター・ローゼンブルート拡散では記述できない。局所輸送を現象論的に適合させようとすると、亜拡散は拡散と内向きピンチの組み合わせで適合させることができる(Spitzer et al 2007 Phys. Plasmas 14 102310)。通過粒子は確率論的場を探索し、したがってレヴィフライトに参加するのに対し、閉じ込め粒子は通常の新古典拡散を経験することがわかった。この輸送をモデル化するために二流体モントロール方程式が使用され、レヴィフライトはピッチが単一の符号を持つ期間中のイオンの運動として定義される。モントロール方程式への必要な入力は、ピッチ角散乱演算子によって与えられるレヴィフライトの時間分布と、ガイディングセンターコードを用いて数値的に決定されるフライト距離の分布から構成される。結果は実験と比較される。この定式化と分数階動力学との関係も記述される。