Magnetic field lines embedded in a plasma confinement system are often characterized by a chaotic motion. This weakens the confinement properties of any magnetic configuration. However, even in case of chaotic domains, magnetic barriers can emerge and limit the field line motion itself. In the context of the numerical simulation of a Reversed-Field Pinch configuration a new magnetic topology analysis, borrowed from previous fluid dynamic studies, is discussed. This methodology relies on the behavior of the Finite Time Lyapunov Exponent (FTLE) associated with the magnetic field. By referring to a previous work in which the magnetic field is given in terms of analytical function (Borgogno et al 2011 Phys. Plasmas18 102307) the FTLE field shows the presence of ridges, special gradient lines normal to the direction of minimum curvature, forming magnetic barriers. These ridges can be recognized as Lagrangian Coherent Structures (LCSs) for the system, actually opposing the penetration of magnetic field lines across them. In this article a more general numerical scheme for the detection of the LCSs has been adopted that allows analysis of realistic cases in which the magnetic fields are numerically known on a discrete mesh. After a validation test performed on the analytical case, a first application to a numerical magnetohydrodynamics simulation of the RFP, characterized by a broad chaotic region, has been performed. A strong magnetic barrier has been observed that effectively limits the field lines motion inside the chaotic sea.
プラズマ閉じ込め系に埋め込まれた磁力線は、しばしばカオス的な運動によって特徴づけられる。これは、いかなる磁場配位の閉じ込め特性も弱める。しかしながら、カオス的な領域の場合でも、磁気障壁が現れ、磁力線の運動自体を制限することができる。反転磁場ピンチ配位の数値シミュレーションの文脈において、従来の流体力学的研究から借用した新しい磁場トポロジー解析が議論される。この方法論は、磁場に関連する有限時間リアプノフ指数（FTLE）の挙動に依存する。磁場が解析関数で与えられる先行研究（Borgogno et al 2011 Phys. Plasmas 18 102307）を参照すると、FTLE場は、最小曲率の方向に垂直な特別な勾配線であるリッジの存在を示し、これが磁気障壁を形成する。これらのリッジは、系に対するラグランジュコヒーレント構造（LCS）として認識でき、実際に磁力線のそれらを横切る浸透に対抗する。本稿では、LCSの検出のためのより一般的な数値スキームが採用されており、これにより磁場が離散メッシュ上で数値的に既知である現実的な場合の解析が可能となる。解析的な場合に対して実施された検証テストの後、広いカオス領域を特徴とするRFPの数値磁気流体力学シミュレーションへの最初の適用が実施された。カオスの海の内部での磁力線の運動を効果的に制限する強い磁気障壁が観測された。