長波長領域におけるジャイロ運動論モデル

A Gyrokinetic model in the long wavelength regime

宮戸 直亮; Scott, B. D.*; 矢木 雅敏

Miyato, Naoaki; Scott, B. D.*; Yagi, Masatoshi

ジャイロ運動論モデルは、その定式化において、微視的乱流を想定した短波長(粒子のジャイロ半径程度)・小振幅の揺動を仮定している。そのため長波長領域でも無条件に適用可能である理由はなく、近年、その適用性には疑問が投げかけられている。これまで静電的な場合を考え、長波長領域では、標準モデルでは無視される、平衡磁場の非一様性に起因する案内中心変換の高次の変位ベクトルを考慮する必要があり、その場合、ジャイロ運動論モデルが修正されることを示したが、今回、磁場揺動()を含めた電磁的なジャイロ運動論モデルを見直した。磁力線方向の正準運動量()を独立変数の1つとする定式化を考えると、単一荷電粒子運動の基本1-形式(相空間ラグランジアン)のシンプレクティック部分が静電的な場合と同形となり、案内中心変換も静電的な場合と変わらない。しかし、ジャイロ運動論的ハミルトニアンは磁場揺動による修正がある。

Since perturbations with short wavelength and small amplitude are considered in the standard gyrokinetic formulation, there is no reason why the standard model is still valid in the long wavelength regime. So far, we clarified by reviewing the gyrokinetic formulation in the electrostatic limit that the high-order displacement vector associated with the guiding-centre transform, which is neglected in the standard formulation, should be considered in the long wavelength regime. This time we reconsider the electromagnetic gyrokinetic model with shear Alfvn perturbation () in which the parallel canonical momentum () is one of velocity variables. The symplectic part of the model has the same form as the electrostatic one and we can apply the same guiding-centre transformation as the electrostatic case. However, the gyrokinetic Hamiltonian is modified by the magnetic perturbations.