We report a first principles study of the coupled evolution of energetic ions, background majority ions, electrons and electromagnetic fields in magnetized plasma during the linear phase of the lower hybrid drift instability. A particle-in-cell code, with one spatial and three velocity space co-ordinates, is used to analyse the evolving distribution of a drifting ring-beam population of energetic protons in physical space and gyrophase angle. This analysis is carried out for bulk plasma parameters that approximate to core conditions in large tokamaks, with an energetic ion distribution that is motivated by observations of ion cyclotron emission and may be relevant to alpha channelling. Resonant energy transfer occurs at the two gyrophase angles at which the instantaneous speed of an energetic proton on its cyclotron orbit precisely matches the phase velocity of the lower hybrid wave along the simulation domain. Electron space-charge oscillations determine the wavelength of the propagating lower hybrid wave, and thereby govern the spatial distribution of gyrobunching of the energetic protons that drive the instability.
我々は、磁化プラズマ中の下ハイブリッド不安定性の線形成長段階における、高エネルギーイオン、背景主要イオン、電磁場の結合進化に関する第一原理研究を報告する。1つの空間座標と3つの速度座標を持つ粒子インセル法を用いて、ドリフトリング分布を持つ高エネルギー陽子の物理空間およびジャイロ位相角における分布進化を解析する。この解析は、大型トカマクのコア条件に近似するバルクプラズマパラメータに対して行われ、高エネルギーイオン分布はイオンサイクロトロン放射の観測に動機づけられ、アルファ粒子チャネリングに関連する可能性がある。共鳴エネルギー輸送は、高エネルギー陽子のサイクロトロン軌道上の瞬間速度が、シミュレーション領域に沿った下ハイブリッド波の位相速度と正確に一致する2つのジャイロ位相角で発生する。電子の空間電荷振動が伝播する下ハイブリッド波の波長を決定し、それによって不安定性を駆動する高エネルギー陽子のジャイロバンチングの空間分布を支配する。