基于能量-卡西米尔变分原理的解析霍尔磁流体力学环向平衡
等离子体物理
2023-08-01 v1
摘要
在霍尔磁流体力学（MHD）框架下，借助能量-卡西米尔变分原理推导了磁约束轴对称等离子体的平衡方程。该方法源于霍尔 MHD 的非正则哈密顿结构，这是最简单的、包含离子霍尔漂移贡献的准中性双流体模型。将轴对称卡西米尔不变量与哈密顿泛函一同使用，对具有不可压缩离子流的轴对称双流体等离子体应用能量-卡西米尔变分原理。这得到了一个具有四个自由函数的 Grad-Shafranov-Bernoulli（GSB）型方程组。随后基于对这些自由函数的特定选择，计算出 GSB 系统的两族解析解。这些解随后通过适当的边界成形方法应用于与托卡马克相关的位形。霍尔 MHD 模型预测离子速度面与冻结在电子流体中的磁面发生偏离。这种特征面的分离由本研究中计算的解析解所证实。由这些解构建的平衡展现出利于等离子体约束的特性，例如它们拥有闭合且嵌套的磁面和流面，其压力分布在等离子体核心处达到峰值。最后讨论了这些解与实验室和天体物理等离子体的相关性，特别关注涉及离子趋肤深度量级长度尺度的系统。
引用
@article{arxiv.2307.16091,
title = {Analytic Hall Magnetohydrodynamics toroidal equilibria via the energy-Casimir variational principle},
author = {A. Giannis and D. A. Kaltsas and G. N. Throumoulopoulos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.16091},
year = {2023}
}