For tokamak models using simplified geometries and reversed shear plasma profiles, we have numerically investigated how the onset of Lagrangian chaos at the plasma edge may affect the plasma confinement in two distinct but closely related problems. Firstly, we have considered the motion of particles in drift waves in the presence of an equilibrium radial electric field with shear. We have shown that the radial particle transport caused by this motion is selective in phase space, being determined by the resonant drift waves and depending on the parameters of both the resonant waves and the electric field profile. Moreover, we have shown that an additional transport barrier may be created at the plasma edge by increasing the electric field. In the second place, we have studied escape patterns and magnetic footprints of chaotic magnetic field lines in the region near a tokamak wall, when there are resonant modes due to the action of an ergodic magnetic limiter. A non-monotonic safety factor profile has been used in the analysis of field line topology in a region of negative magnetic shear. We have observed that, if internal modes are perturbed, the distributions of field line connection lengths and magnetic footprints exhibit spatially localized escape channels. For typical physical parameters of a fusion plasma, the two Lagrangian chaotic processes considered in this work can be effective in usual conditions so as to influence plasma confinement. The reversed shear effects discussed in this work may also contribute to evaluate the transport barrier relevance in advanced confinement scenarios in future tokamak experiments.
トカマクモデルについて、単純化された幾何形状と反転シアープラズマ分布を用いて、プラズマ端部におけるラグランジュカオスの発生がプラズマ閉じ込めにどのように影響し得るかを、2つの異なるが密接に関連する問題において数値的に調査した。第一に、平衡径電場の存在下でのドリフト波中の粒子運動を考察した。この運動によって引き起こされる径方向粒子輸送が位相空間において選択的であり、共鳴ドリフト波によって決定され、共鳴波と電場分布の両方のパラメータに依存することを示した。さらに、電場を増強することにより、プラズマ端部に追加の輸送障壁が形成され得ることを示した。第二に、エルゴード磁気リミターの作用による共鳴モードが存在する場合の、トカマク壁近傍領域におけるカオス磁力線の脱出パターンと磁気フットプリントを研究した。負の磁気シア領域における磁力線トポロジーの解析には、非単調安全係数分布を用いた。内部モードが摂動されると、磁力線接続長と磁気フットプリントの分布が空間的に局在化した脱出チャネルを示すことを観測した。核融合プラズマの典型的なパラメータにおいて、本研究で考察した2つのラグランジュカオス過程は、通常の条件下でプラズマ閉じ込めに影響を及ぼし得る。また、本稿で議論した反転シア効果は、将来のトカマク実験における先進閉じ込めシナリオでの輸送障壁の重要性を評価する上で貢献し得る。