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Chaos in magnetic flux ropes

Walter Gekelman, Bart Van Compernolle, Tim DeHaas, Stephen Vincena2014年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Magnetic flux ropes immersed in a uniform magnetoplasma are observed to twist about themselves, writhe about each other and rotate about a central axis. They are kink unstable and smash into one another as they move. Each collision results in magnetic field line reconnection and the generation of a quasi-separatrix layer. Three-dimensional magnetic field lines are computed by conditionally averaging the data using correlation techniques. Conditional averaging is possible for only a number of rotation cycles as the field line motion becomes chaotic. The permutation entropy can be calculated from the time series of the magnetic field data (this is also done with flows) and is used to calculate the positions of the data on a Jensen–Shannon complexity map. The location of data on this map indicates if the magnetic fields are stochastic, or fall into regions of minimal or maximal complexity. The complexity is a function of space and time. The Lyapunov and Hurst exponents are calculated and the complexity and permutation entropy of the flows and field components are shown throughout the volume.

日本語訳

磁気フラックスロープは、一様な磁化プラズマ中に浸されており、それ自体がねじれ、互いに絡み合い、中心軸の周りを回転することが観測される。それらはキンク不安定性を示し、互いに移動する際に衝突する。各衝突は磁力線のリコネクションと準セパラトリックス層の生成をもたらす。三次元磁力線は、相関手法を用いた条件付き平均によって計算される。条件付き平均は、磁力線の運動がカオス的になるため、わずかな回転周期の間のみ可能である。置換エントロピーは、磁場データの時系列から計算することができ(これは流速についても同様に行われる)、データのジェンセン–シャノン複雑性マップ上の位置を算出するために用いられる。データの位置は、磁場が確率的であるか、あるいは最小または最大の複雑性の領域に該当するかを示す。複雑性は空間と時間の関数である。リアプノフ指数とハースト指数が計算され、流速および磁場成分の複雑性と置換エントロピーが体積全体にわたって示される。

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