Although all physical parameters of background plasma and magnetic field are fixed, it is not trivial that transport coefficients in an ergodic region bounded radially on both sides can be always evaluated as constants with respect to time because of non-Brownian motion of guiding centres in low-collisionality cases, as shown previously in mono-energetic test-particle simulations by Maluckov et al (2003 Physica A 322 13). Here the ergodic region consists of chaotic magnetic field lines caused by resonant magnetic perturbations (RMPs). In order to understand the fundamental properties of transport phenomena in the radially bounded ergodic region, a new computer simulation code based on the δf method solving the drift kinetic equation is developed and the energy transport of ions (protons) in the perturbed magnetic field is investigated in low-collisionality cases. We evaluate the ion thermal diffusivity as a constant with respect to time by using a quasi-steady-state solution of the guiding centre distribution function in five-dimensional phase space and find that the diffusivity depends on both the strength of the RMPs and the collision frequency. The diffusivity estimated by the δf simulation in the ergodic region is extremely small compared with the prediction of field-line diffusion theory. The radial transport is affected by the fact that the width of the ergodic region is finite.
背景プラズマと磁場のすべての物理パラメータが固定されているにもかかわらず、両側で動径方向に有界なエルゴード領域における輸送係数が、低衝突度の場合における案内中心の非ブラウン運動のために、常に時間に関して定数として評価できるとは自明ではない。これは、Maluckovら(2003 Physica A 322 13)による単一エネルギー・テスト粒子シミュレーションで以前に示されたとおりである。ここで、エルゴード領域は、共鳴磁場摂動(RMP)によって引き起こされるカオス的な磁力線から構成される。動径方向に有界なエルゴード領域における輸送現象の基本的性質を理解するために、ドリフト運動論方程式を解くδf法に基づく新しい計算機シミュレーションコードを開発し、摂動磁場中におけるイオン(陽子)のエネルギー輸送を低衝突度の場合について調べた。我々は、5次元位相空間における案内中心分布関数の準定常解を用いて、イオン熱拡散係数を時間に関して定数として評価し、その拡散係数がRMPの強度と衝突周波数の両方に依存することを見出した。エルゴード領域におけるδfシミュレーションによって推定された拡散係数は、磁力線拡散理論の予測と比較して極めて小さい。動径方向の輸送は、エルゴード領域の幅が有限であるという事実によって影響を受ける。