电磁回旋动理学理论的规范不变量变分公式
等离子体物理
2025-09-10 v2
摘要
回旋动理学的使用，通过相空间坐标变换实现相空间降维并消除快速时间尺度，已使得聚变装置中微湍流的模拟成为可能。实践中使用的最先进回旋动理学模型是仅平行模型，其中矢量势的垂直分量被忽略。此类模型本质上不是规范不变的。我们推广了[Burby, Brizard. Physics Letters A, 383(18):2172-2175]的工作，推导出确保规范不变性的回旋中心坐标变换的充分条件。这导致了一族参数化的回旋动理学模型，我们为此提出一种特定的参数选择，使得所得回旋动理学模型具有最小的回旋中心坐标变换，且该模型是一致的、回旋相位无关的、规范不变的，并具有不变的磁矩。由于规范不变性，该模型可直接用电磁场而非势来表达，回旋动理学模型由此导出宏观麦克斯韦方程组。对于线性化模型，证明了剪切和压缩阿尔芬波以正确的频率存在。快压缩阿尔芬波可通过使用类达尔文近似来消除。该近似保留了所提出模型的规范不变性。
引用
@article{arxiv.2403.15071,
title = {Gauge-invariant variational formulations of electromagnetic gyrokinetic theory},
author = {Ronald Remmerswaal and Roman Hatzky and Eric Sonnendrücker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.15071},
year = {2025}
}