Magnetic reconnection is a self-organized phenomenon of redistribution of currents in a plasma, which changes dramatically the topology of the magnetic field. It is found in disparate environments, such as the magnetosphere, the solar corona and, last but not least, toroidally confined plasmas for nuclear fusion research. The study of reconnection in a laboratory is of paramount importance for comparison with space plasmas, where measurements are more difficult to perform, and also of practical importance, since reconnection sustains the magnetic field but is also responsible for fast particle losses, causing plasma–wall interaction (PWI) and deterioration of confinement. This paper is devoted to the study of particle orbits during a reconnection event in the reversed-field experiment-modified device. The PWI patterns are measured via a fast camera looking at the graphite-covered inner wall, and compared with detailed simulations of particle motion in the 3D magnetic topology, performed with the Hamiltonian, guiding center Orbit. The inclusion of an electrostatic potential is shown to be a fundamental ingredient for explaining some typical features of reconnection in the laboratory, such as particle trapping in the potential, which are also seen in other environments, namely the solar corona and Earth’s magnetosphere.
磁気リコネクションは、プラズマ中の電流の再分配という自己組織化現象であり、磁場のトポロジーを劇的に変化させる。これは、磁気圏、太陽コロナ、そして最後に重要となるが、核融合研究のためのトーラス状に閉じ込められたプラズマなど、さまざまな環境で見られる。実験室におけるリコネクションの研究は、測定がより困難な宇宙空間での測定と比較する上で極めて重要であり、また、リコネクションが磁場を維持する一方で、高速粒子損失の原因ともなり、プラズマ・壁相互作用（PWI）や閉じ込めの劣化を引き起こすため、実用的にも重要である。本論文は、reversed-field experiment-modified 装置におけるリコネクション事象中の粒子軌道の研究に充てられている。PWIパターンは、グラファイトで覆われた内壁を捉える高速カメラによって測定され、Hamiltonian, guiding center Orbitを用いて実行された3次元磁場トポロジー中の粒子運動の詳細なシミュレーションと比較される。静電ポテンシャルの導入は、ポテンシャル中への粒子捕捉など、実験室におけるリコネクションのいくつかの典型的な特徴を説明するための基本的な要素であることが示されており、これらの特徴は太陽コロナや地球磁気圏といった他の環境でも見られる。