Hybrid kinetic-MHD models describe the interaction of an MHD bulk fluid with an ensemble of hot particles, which obeys a kinetic equation. In this work we apply Hamilton's variational principle to formulate new current-coupling kinetic-MHD models in the low-frequency approximation (i.e. large Larmor frequency limit). More particularly, we formulate current-coupling schemes, in which energetic particle dynamics are expressed in either guiding center or gyrocenter coordinates. When guiding center theory is used to model the hot particles, we show how energy conservation requires corrections to the standard magnetization term. On the other hand, charge and momentum conservation in gyrokinetic-MHD lead to extra terms in the usual definition of the hot current density as well as modifications to conventional gyrocenter dynamics. All these new features arise naturally from the underlying variational structure of the proposed models.
ハイブリッド運動論的MHDモデルは、MHDバルク流体と、運動論的方程式に従う高温粒子の集団との相互作用を記述する。本研究では、ハミルトンの変分原理を適用して、低周波近似（すなわち、大きなラーモア周波数）における新しい電流結合運動論的MHDモデルを定式化する。より具体的には、高エネルギー粒子のダイナミクスがガイドセンター座標またはジャイロセンター座標のいずれかで表現される電流結合スキームを定式化する。ガイドセンター理論を用いて高温粒子をモデル化する場合、エネルギー保存が標準的な磁化項への補正を必要とすることを示す。一方、ジャイロ運動論的MHDにおける電荷および運動量保存は、高温電流密度の通常の定義における追加項と、従来のジャイロセンター動力学への修正をもたらす。これらの新しい特徴はすべて、提案されたモデルの基礎となる変分構造から自然に生じる。