This monograph on magnetohydrodynamic (MHD) relaxation in plasmas by Ortolani and Schnack occupies a fascinating niche in the plasma physics literature. It is rare in the complex and often technically sophisticated subject of plasma physics to be able to isolate a topic and deal with it comprehensively in a mere 180 pages. Furthermore, it brings a refreshingly original and personal approach to the treatment of plasma relaxation, synthesizing the experiences of the two authors to produce a very readable account of phenomena appearing in such diverse situations as laboratory reversed field pinches (RFPs) and the solar corona. Its novelty lies in that, while it does acknowledge the seminal Taylor theory of relaxation as a general guide, it emphasizes the role of large scale numerical MHD simulations in developing a picture for the relaxation phenomena observed in experiment and nature. Nevertheless, the volume has some minor shortcomings: a tendency to repetitiveness and some omissions that prevent it being entirely self-contained.The monograph is divided into nine chapters, with the first a readable, `chatty', introduction to the physics and phenomena of relaxation discussed in the later chapters. Chapter 2 develops the tools for describing relaxation processes, namely the resistive MHD model, leading to a discussion of resistive instabilities and the stability properties of RFPs. This chapter demonstrates the authors' confessed desire to avoid mathematical detail with a rather simplified discussion of Δ' and magnetic islands; it also sets the stage for their own belief, or thesis, that numerical simulation of the non-linear consequences of the MHD model is the best approach to explaining the physics of relaxation. Nevertheless, in Chapter 3 they provide a reasonably good account and critique of one analytic approach that is available, and which is the commonly accepted picture for relaxation in pinches - the Taylor relaxation theory based on the conservation of global magnetic helicity.Some of the shortcomings of the Taylor theory in explaining details of real pinch experiments are used by the authors as a justification for a more phenomenological approach, described in detail in Chapter 4. They construct a `phenomenological model' that utilizes experimental information and linear stability properties; this is described authoritatively, since the authors have been very much involved in this work. The experimental evidence showing the presence of large scale instabilities in RFPs is used to provide support for the main thrust of the monograph, described in Chapter 5, namely that numerical computations of the non-linear evolution of MHD modes is the key to understanding the dynamical processes occurring in relaxation. These MHD processes give rise to a dynamo effect, analogous to that generating magnetic fields in the earth or stars, which overcomes the natural consequences of Spitzer resistivity and produces a reversed toroidal field. Chapter 5 begins with a general discussion of dynamo models and then moves on to the pioneering work of Sykes and Wesson on numerical simulation of relaxation, before launching into an authoritative account of more detailed and advanced simulations in which the authors themselves have played a major part. These calculations capture the basic features of relaxation in pinches and provide a demonstration of Taylor's theory.Chapters 6 and 7 describe some applications to RFPs of relaxation theory: the anomalous loop voltage, improving their performance by helicity injection, as well as sawteeth and thermal transport.The penultimate Chapter 8 proposes applications of this computational approach to relaxation, developed initially for laboratory pinches, to the solar corona. This is a stimulating discussion, drawing analogues between the two very different situations, ideal for broadening the perspectives of the fusion physicist. Specifically, the authors consider modelling of the evolution of active magnetic arcades, associated with sunspots, and coronal heating, both of which result from footprint motions in the photosphere.The volume is completed with a summary chapter, which ends by posing a number of outstanding questions and needs. Despite their thesis that numerical simulations are the key to understanding relaxation, the authors wisely indicate limitations to this approach, recognizing the need for an analytic theory, with more dynamical content than the Taylor theory, to support the simulations.In short, this is a readable, stimulating and reasonably self-contained volume that can be recommended to those interested in the dynamics of plasma relaxation or, indeed, to those with more general interests in the behaviour of plasmas in the laboratory or the sun.
このモノグラフは、オートランとシュナックによるプラズマ中の磁気流体力学（MHD）緩和に関するものであり、プラズマ物理学の文献の中でも魅力的な位置を占めている。プラズマ物理学という、しばしば複雑で技術的に高度な分野において、一つのテーマを切り出し、わずか180ページで包括的に扱うことは稀である。さらに、この書はプラズマ緩和の扱いにおいて、清新で独自性のあるアプローチを提示し、両著者の経験を統合して、実験室における反転磁場ピンチ（RFP）や太陽コロナといった多様な状況に現れる現象を、非常に読みやすい形で解説している。その新規性は、緩和の一般的な指針としてテイラーの先駆的理論を認めつつも、実験および自然界で観測される緩和現象の像を構築する上で、大規模な数値MHDシミュレーションの役割を強調している点にある。もっとも、この書にはいくつかの小さな欠点もある。すなわち、繰り返しが多い傾向があり、また、完全に自己完結的であることを妨げるいくつかの省略が見られる。 このモノグラフは9つの章で構成されており、最初の章では、後の章で扱われる緩和の物理学と現象について、読みやすく、くだけた調子の入門がなされている。第2章では、緩和過程を記述するためのツール、すなわち抵抗性MHDモデルを展開し、続いて抵抗性不安定性とRFPの安定性特性について論じている。この章では、著者らが数学的詳細を避けたいという意向を明かしており、Δ'（デルタプライム）と磁気島についてかなり簡略化した議論がなされている。また、この章は、MHDモデルの非線形的帰結の数値シミュレーションこそが緩和の物理学を説明する最善のアプローチであるという、著者ら自身の信念、すなわち主張の土台を築いている。もっとも、第3章では、利用可能な解析的アプローチの一つについて、合理的に優れた説明と批評が提供されており、それがピンチにおける緩和の一般的に受け入れられた描像、すなわち、大域的磁気ヘリシティの保存に基づくテイラーの緩和理論である。 テイラー理論が実際のピンチ実験の詳細を説明する際の欠点のいくつかは、著者らによって、より現象論的なアプローチの正当化として用いられており、これが第4章で詳述されている。彼らは、実験情報と線形安定性特性を利用する「現象論的モデル」を構築している。この記述は権威的である。なぜなら、著者らはこの研究に深く関与してきたからである。RFPにおける大規模不安定性の存在を示す実験的証拠は、このモノグラフの主たる主張、すなわち第5章で述べられる、MHDモードの非線形発展の数値計算こそが緩和において生じる動的過程を理解する鍵であるという主張を裏付けるために用いられている。これらのMHD過程は、ダイナモ効果を生み出し、これは地球や太陽における磁場生成と類似の効果であり、スピッツァー抵抗率の自然な帰結を克服して、反転したトロイダル磁場を生成する。第5章は、ダイナモモデルの一般的な議論から始まり、その後、緩和の数値シミュレーションに関するサイクスとウェッソンの先駆的研究へと進み、その後、著者ら自身が主要な役割を果たした、より詳細で高度なシミュレーションに関する権威ある説明へと展開する。これらの計算は、ピンチにおける緩和の基本的特徴を捉えており、テイラー理論の実証を提供している。 第6章と第7章では、RFPへの緩和理論の応用についていくつか説明されている。すなわち、異常ループ電圧、ヘリシティ入射による性能向上、ならびにサグテ（鋸歯状振動）と熱輸送である。最後から2番目の第8章では、この計算論的アプローチの応用が提案されており、これは当初は実験室ピンチのために開発されたものであるが、太陽コロナへと適用される。これは刺激的な議論であり、非常に異なる二つの状況の間の類推を引き出しており、核融合物理学者の視野を広げるのに理想的である。具体的には、著者らは、太陽黒点に関連する活動的な磁気アーケードの進化とコロナ加熱のモデル化を考察しており、これらは両方とも光球におけるフットポイント運動に起因する。この書は、要約の章で締めくくられており、未解決の疑問と必要性をいくつか提起して締めくくられている。数値シミュレーションが緩和を理解する鍵であるという彼らの主張にもかかわらず、著者らは賢明にもこのアプローチの限界を示しており、シミュレーションを支援するためには、テイラー理論よりも動的な内容を備えた解析的理論の必要性を認識している。要するに、これは読みやすく、刺激的で、かなり自己完結的な書であり、プラズマ緩和の動力学に興味がある人々、あるいは実際、実験室や太陽におけるプラズマの挙動に、より一般的な関心を持つ人々に推奨できる。