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Momentum transport by wave–particle interaction

T Hellsten2011年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Energy and momentum can be transported across the plasma by waves emitted at one place and absorbed at another. Exchange of momentum and energy between the particles and the waves change the drift orbits, which may give rise to a non-ambipolar particle transport. The main effect of the non-ambipolar transport and quasi-neutrality is a toroidal precession of the trapped particles, which together with the changes in the parallel velocities of the passing resonant particles conserve the toroidal momentum. Non-resonant interactions can give rise to a net change of the local wave number in spatial inhomogeneous plasmas with a resulting force on the medium. Both resonant and non-resonant interactions have to be taken into account in order to have a consistent description of the momentum transported by the waves. The momentum transfer is, in particular, important for waves with short wave length and low frequency, and may explain the enhanced rotation seen in some mode conversion experiments, when the fast magnetosonic wave is converted to an ion-cyclotron wave. The apparent contradiction that the wave momentum may change due to non-resonant wave–particle interactions without changing the energy in geometric optics is explained.

日本語訳

エネルギーと運動量は、ある場所で放出された波が別の場所で吸収されることによって、プラズマを横切って輸送され得る。粒子と波の間の運動量とエネルギーの交換はドリフト軌道を変化させ、非両極性粒子輸送を引き起こす可能性がある。非両極性輸送と準中性条件の主な効果は、捕捉粒子のトロイダル歳差運動であり、これは通過粒子の平行速度の変化とともに、トロイダル運動量を保存する。非共鳴相互作用は、空間的に不均一なプラズマにおいて局所的な波数の正味の変化を引き起こし得、その結果として媒質に力が作用する。波によって輸送される運動量の一貫した記述を得るためには、共鳴相互作用と非共鳴相互作用の両方を考慮に入れなければならない。運動量輸送は、特に短波長かつ低周波数の波にとって重要であり、高速磁気音波がイオンサイクロトロン波に変換される際に、いくつかのモード変換実験で観測される回転の増大を説明し得る。幾何光学近似において、非共鳴の波-粒子相互作用によって波の運動量が変化する一方でエネルギーが変化しないように見えるという見かけ上の矛盾は、ここで説明される。

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Momentum transport
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