プラズマ乱流中の渦の運動
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6587/aa9f94/pdf
これはFrank Menoさんのgyronsの絵ですが
”暖かいジャイロ流体乱流の構造は、フィラメント化を増強して薄い渦流シートにすることを特徴とする。”
だそうですので上げておこました
Gyrofluid vortex interaction
Alexander Kendl
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck, Technikerstr. 25, A-6020,
Innsbruck, Austria
抽象
磁化プラズマにおける低周波乱流は、イオンラーモア軌道を横切るジャイロスケール効果によって本質的に影響を受ける。 ここでは、ジャイロ流体プラズマにおけるマージおよび共流などの基本的なボルテックス相互作用が、ジャイロ誘起渦巻きらせんの影響下で本質的に修正されることを示す。 同一の初期渦度について、同時回転渦の運命は、初期密度分布の非対称性によって加速された合流または爆発の間で決定される。 暖かいジャイロ流体乱流の構造は、フィラメント化を増強して薄い渦流シートにすることを特徴とする。
1.はじめに
渦は、乱気流の基本成分とみなすことができる。渦運動および相互作用は、様々な流体における非線形構造形成、流れおよび対流輸送特性を支配する。関心のある特別な場合は、準二次元流体であり、コヒーレントな構造や大規模な（ゾーン）フロー、二重カスケード、エネルギーに加えてエンストリフィックの理想的な保存の可能性を特徴とする[1,2 ]。ボルテックスの融合とフィラメント形成は、これらの特性を損なう基本的なプロセスです。準2D流体の例には、層状および回転する流体、大気および海洋の流れ、または磁化されたプラズマのクロスフィールドダイナミクスが含まれます[3]。
マグネットプラズマの低周波乱流は、イオンラーモア軌道を横切るジャイロスケール効果によって本質的に影響を受ける。ここでは、ジャイロ流体プラズマにおけるマージおよび共流などの基本的なボルテックス相互作用が、ジャイロ誘起渦巻きらせんの影響下で本質的に修正されることを示す。同一の初期渦度について、同時回転渦の運命は、初期密度分布の非対称性によって加速された合流または爆発の間で決定される。暖かいジャイロ流体乱流の構造は、フィラメント化を促進して薄い渦流シートにすることを特徴とし、磁場Bに垂直な流体様対流は高速荷電粒子の上の平均運動を表すドリフトによって支配される旋回。特に、溶融プラズマの磁気閉じ込めは、ドリフト型不安定性によって発生する乱流輸送と（乱流駆動）帯状または平衡流による抑制によって決定される[4,5]。磁化されたプラズマの乱流は、変動する電場 E=-∇Φの存在下での電気ドリフト速度= B✕E/ B2によって支配される
局所化された電位Φ（tx）は、電位摂動の周りのプラズマの渦E✕Bドリフト運動につながる。 E×Bの流れの渦度Ω =∇✕Vは、定数Bの場合、Ω =（B/B2∇２⊥Φで表すことができる。したがって、電位fは、E×B流れの流れ関数の役割を果たす
磁化されたプラズマの圧力勾配によって駆動される様々な不安定性は、典型的には、ドリフトスケールr =（）mTeBie0（ここで、miはイオン質量、Teは電子温度、eは基本電荷）を中心とするサイズのドリフト渦構造を生じる。非ゼロ温度比t = TT -1の温かいイオンプラズマでは、ドリフト波と渦スケールは、イオン有限ラーモア半径（FLR）のρi=ρ0のオーダである。 （サイクロトロン周波数w = qB / miで）それらのジャイロセンサーの周りの粒子電荷q = Zeを有するイオンの高速旋回を介して、これらは、ジャイロセンタの電位よりもリング平均された電位fiを効果的に経験する（w << wi）、ジャイロ係数を平均してほぼ等しい電子およびイオン粒子密度Ne（x）Ni（x）を有する準中性空間分布に寄与する。
FLR効果を用いたドリフト運動によって支配される磁化プラズマの記述の枠組みは、位相空間で5D分布関数を展開するジャイロ運動モデル[6-8]、または3D空間における適切なそれぞれの流体モーメントのジャイロ流体モデル[ 9-12]。以下では、等温ジャイロ流体モデル[13]の中で有限ラーモア軌道が基本渦の相互作用に及ぼす影響を解析する。空間的非対称性の存在下でFLR効果によって誘起される渦流の渦巻きは、合流プロセスを大きく変え、微細構造の渦流シートを生成することが分かった。特定の初期条件は、強く加速された合流または渦爆発のいずれかの結果をもたらし、逆乱流カスケード特性およびゾーン流に帰結する。
8.結論
要約すると、ジャイロ変数による非対称渦のスパイラル化
磁化プラズマにおける新規なFLR効果として同定されている。
単一渦におけるスパイラルアームのスピンアップは、ジャイロロールの偏光による統制ドリフト速度における密度の非対称性の影響として理解された。このFLR誘導螺旋は、二次元渦合流から同時移流、完全に発達した（多くの渦流）乱流に及ぶ例を含む準2D磁化プラズマダイナミクスにおけるすべての渦の相互作用に強く影響することが示された。磁化された溶融プラズマにおいて全体的に重要なドリフト波の乱れの性質および形態は本質的に変更される。
ジャイロ流体およびジャイロ運動シミュレーションは、十分な空間分解能によって渦性フィラメントにかかるFLR効果を一貫して説明することができる。 3Dジャイロ運動およびジャイロ流体コードは、コア、エッジおよびSOL融合プラズマにおける乱流輸送を数値的に研究するために日常的に使用されている。このようなシミュレーションに関心のある自然な焦点は、通常、特定の不安定性、帯状流出、輸送規模の縮小、輸送削減などの非線形現象、および実験的検証のための統計的性質を中心とする同等の観測値の同定です。したがって、即時の融合関連性のシミュレーションは、通常、計算上手頃な価格の物理が含まれていますが、コンバージェンスを維持しながら最も粗いグリッドに制限された効率のために使用されます。
それから、物理学の本質的な特徴は、
現象を最も基本的な側面に還元して理解を深める。渦は、乱気流の「基本粒子」とみなされることがあります。渦の相互作用は、すべての非線形乱流輸送力学の基礎となるため、融合プラズマにおける乱流輸送の理解の中心にある。
渦の単一回転および二重の相互作用はもちろん、任意の融合プラズマにおいて直接観察できない単純化であるが、乱流輸送およびスペクトル特性に対する複合効果は、他の多くの支配的なトロイダル性、せん断、衝突性、磁気フラッター、温度変動などの影響
マージナルノートでは、この小さなエッセイは実際には
高度な3Dフルf6モーメント電磁トロイダルエッジ/ SOLジャイロ流体乱流コードを開発するための現在の努力の基礎。進化するコードの基本的なコンバージェンステストでは、高分解能に向かうグリッドリファインメントでは、図9に示すような渦糸フィラメントが生成される場合があります。このような微細構造は、 ）、ジャイロ運動またはジャイロ流体の乱気流について、最初の考えは、いくつかの数値的人工物に遭遇したことでした。おそらく、FLR効果の特定の数値処理に関して起こりうる問題と関係していました
数値的な問題が除外された（部分的には、2つのジャイロ流体コード「FELTOR」と「TOEFL」の類似したモデルを使用しているが基本的に異なる数値方法の間の相互検証によって）、簡単なテストケースが考案され、 出現した。
より完全で複雑なシミュレーションシナリオで実際に新たに識別されたFLR効果がパーティクルとエネルギーコンディションにどのように影響するかは重要な質問ですが、この基本的なプレゼンテーションの範囲を超えています。 核融合乱流輸送の幅広い文脈におけるこのようなFLR効果の特定と評価、および（帯状または平均的な）流れ発生への影響の可能性が今後の課題となるだろう。
