Rosenbluth-Hinton 型带状流中的有效质量

在轴对称托卡马克中，初始径向电场 $E_r(0)$ 会导致测地声模（GAM）振荡。GAM 发生朗道阻尼，产生小得多的终态残余电场 $E_r(\infty)$ 以及伴随的平行带状流（Rosenbluth and Hinton, 1998 PRL 80, 724，以下简称 RH）。该现象表现出较大的有效质量（由流引起的惯性），其增强量级为著名的 RH 因子。看似矛盾的是，RH 平行带状流中的最终角动量远小于由终态电场中捕获粒子群的著名快速进动所预期的角动量。此外，基于快速捕获粒子（TP）进动朴素计算的有效质量远大于 RH 因子。本文给出了一个漂移动力学计算，表明额外质量因子的数学起源是相空间中通常能量坐标的偏移，该偏移与 $E_r$ 成正比。重要的是，即使系统在 $E_r$ 中线性化，该偏移也对有效质量有贡献，并且可解释为由 Jacobian 引起的一阶线性偏移。此外，Jacobian 偏移恢复了大的 TP 进动流，并揭示了反向环向粒子流的存在，其在最低阶上与 TP 进动相等且相反。给出了详细计算。工作受 DOE 支持。