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Sandpiles, silos and tokamak phenomenology: a brief review

R O Dendy, P Helander1997年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Increasing attention is being given to the possibility that some key features of tokamak confinement physics may not be specific to the plasma state. In particular, there appear to be parallels between sandpiles and transport in tokamaks. Aspects of sandpile physics involving self-organized criticality (SOC) have been suggested by Carreras, Diamond, Newman and co-workers (for example, 1996 Phys. Plasmas 3 1858, 2903 and 3745) as a paradigm for certain tokamak phenomena. However, the range of confinement physics displayed by sandpiles (in particular, by real experimental sandpiles) and also by related systems such as silos is substantially broader than so far considered for application to tokamak plasmas. It is reviewed in this paper, and additional candidate phenomena for sandpile modelling in tokamak physics, such as edge-localized modes and Berk - Breizman dynamics, are identified. The behaviour of sandpile-like systems is varied, and is sometimes sensitive to details in the experimental set-up or the theoretical model, so the role of SOC is not entirely clear. Recent theoretical progress in the modelling of experimental sandpiles is described, showing that the internal dynamics of a sandpile-type system may be governed by SOC even when this is not observed in the flow of matter from the system.

日本語訳

トカマク閉じ込めの主要な特徴のいくつかが、プラズマ状態に固有のものではない可能性があるという関心が高まっている。特に、サンドパイルとトカマクにおける輸送の間には類似性があるように思われる。自己組織化臨界性(SOC)を含むサンドパイル物理学の側面は、Carreras、Diamond、Newmanおよびその共同研究者ら(例えば、1996年 Phys. Plasmas 3, 1858、2903、3745)によって、特定のトカマク現象のパラダイムとして提案されている。しかしながら、サンドパイル(特に実際の実験的サンドパイル)およびサイロなどの関連システムが示す閉じ込め物理学の範囲は、トカマクプラズマへの適用としてこれまで考えられてきたものよりもはるかに広い。本論文ではこれを概説し、トカマク物理学におけるサンドパイルモデリングの追加の候補現象として、エッジ局在モードやBerk-Breizmanダイナミクスなどを特定する。サンドパイル様システムの挙動は多様であり、実験設定や理論モデルの詳細に敏感な場合があるため、SOCの役割は完全には明らかではない。実験的サンドパイルのモデリングにおける最近の理論的進展について述べ、システムからの物質の流れにおいてSOCが観測されない場合でも、サンドパイル型システムの内部ダイナミクスがSOCによって支配され得ることを示す。

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