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Full-field drift Hamiltonian particle orbits in 3D geometry

W A Cooper, J P Graves, S Brunner, M Yu Isaev2011年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A Hamiltonian/Lagrangian theory to describe guiding centre orbit drift motion which is canonical in the Boozer coordinate frame has been extended to include full electromagnetic perturbed fields in anisotropic pressure 3D equilibria with nested magnetic flux surfaces. A redefinition of the guiding centre velocity to eliminate the motion due to finite equilibrium radial magnetic fields and the choice of a gauge condition that sets the radial component of the electromagnetic vector potential to zero are invoked to guarantee that the Boozer angular coordinates retain the canonical structure. The canonical momenta are identified and the guiding centre particle radial drift motion and parallel gyroradius evolution are derived. The particle coordinate position is linearly modified by wave–particle interactions. All the nonlinear wave–wave interactions appear explicitly only in the evolution of the parallel gyroradius. The radial variation of the electrostatic potential is related to the binormal component of the displacement vector for MHD-type perturbations. The electromagnetic vector potential projections can then be determined from the electrostatic potential and the radial component of the MHD displacement vector.

日本語訳

ハミルトニアン/ラグランジアン理論をガイドセンターの軌道ドリフトの記述に拡張し、ブーザー座標系において正準形式を保つようにした。この理論は、異方性圧力を有する3次元平衡配位における完全な電磁摂動場を含むように拡張された。有限の動径方向磁場による運動を除去するためのガイドセンター速度の再定義と、電磁ベクトルポテンシャルの動径成分をゼロに設定するゲージ条件の選択により、ブーザー角座標が正準構造を保持することが保証される。正準運動量が同定され、ガイドセンター粒子の動径方向ドリフト運動と平行ジャイロ半径の時間発展が導出された。粒子の座標位置は、波動-粒子相互作用によって線形的に修正される。すべての非線形波動-波動相互作用は、平行ジャイロ半径の時間発展にのみ明示的に現れる。静電ポテンシャルの動径方向変化は、MHD型摂動に対する変位ベクトルの副法線方向成分と関連付けられる。電磁ベクトルポテンシャルの射影成分は、静電ポテンシャルとMHD型変位ベクトルの動径方向成分から決定することができる。

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