This paper presents a field line tracing code (FLiT) developed to study particle and energy transport as well as other phenomena related to magnetic topology in reversed-field pinch (RFP) and tokamak experiments. The code computes magnetic field lines in toroidal geometry using curvilinear coordinates (r, ϑ, ϕ) and calculates the intersections of these field lines with specified planes. The code also computes the magnetic and thermal diffusivity due to stochastic magnetic field in the collisionless limit. Compared to Hamiltonian codes, there are no constraints on the magnetic field functional formulation, which allows the integration of whichever magnetic field is required. The code uses the magnetic field computed by solving the zeroth-order axisymmetric equilibrium and the Newcomb equation for the first-order helical perturbation matching the edge magnetic field measurements in toroidal geometry. Two algorithms are developed to integrate the field lines: one is a dedicated implementation of a first-order semi-implicit volume-preserving integration method, and the other is based on the Adams–Moulton predictor–corrector method. As expected, the volume-preserving algorithm is accurate in conserving divergence, but slow because the low integration order requires small amplitude steps. The second algorithm proves to be quite fast and it is able to integrate the field lines in many partially and fully stochastic configurations accurately. The code has already been used to study the core and edge magnetic topology of the RFX-mod device in both the reversed-field pinch and tokamak magnetic configurations.
本論文では、逆転磁場ピンチ（RFP）およびトカマク実験における磁気トポロジーに関連する粒子輸送やエネルギー輸送、その他の現象を研究するために開発された磁力線追跡コード（FLiT）を紹介する。このコードは、曲線座標（r, ϑ, ϕ）を用いてトロイダル幾何学における磁力線を計算し、これらの磁力線と指定された平面との交点を計算する。また、このコードは、無衝突極限における確率的磁場による磁気拡散率と熱拡散率も計算する。ハミルトンコードと比較して、磁場の関数形式に対する制約がないため、必要な任意の磁場の積分が可能である。このコードは、トロイダル幾何学におけるエッジ磁場測定に一致する一次のヘリカル摂動に対するゼロ次軸対称平衡とニューコム方程式を解くことによって計算された磁場を使用する。磁力線を積分するために2つのアルゴリズムが開発された。1つは一次の半陰的体積保存積分法の専用実装であり、もう1つはアダムス・ムルトン予測子・修正子法に基づくものである。予想通り、体積保存アルゴリズムは発散の保存において正確であるが、低い積分次数が小さな振幅ステップを必要とするため遅い。2番目のアルゴリズムは非常に高速であることが証明され、多くの部分的および完全に確率的な構成において磁力線を正確に積分することができる。このコードは、逆転磁場ピンチおよびトカマク磁気構成の両方におけるRFX-mod装置のコアおよびエッジ磁気トポロジーの研究にすでに使用されている。