环形等离子体中的动力学混沌与磁混沌：系统性定量比较

磁场线混沌在非轴对称扰动存在于轴对称平衡时出现，并表现为磁场线所构成的平滑磁通面的破坏。这些扰动也使得由引导中心动力学描述的粒子运动变为不可积，从而呈现混沌。然而，在环形位形中，磁场线与粒子轨道的混沌程度在强度与径向位置上均有显著差异，除非是能量极低的粒子，其轨道紧密跟随磁场线。经历相对于磁场线的大漂移的较高能粒子的混沌程度，关键地决定了环形装置的约束性能，但无法从底层磁场的混沌程度推断得出。本工作中，我们采用较小对齐指数（SALI）方法来检测与量化混沌，从而实现磁混沌与动力学混沌之间的系统性比较。混沌的高效量化使得能够为运动的三大守恒量空间（即能量、磁矩与环向动量）中的每条轨道赋予一个表征其混沌程度的值。相应的图示独特地概览了特定扰动组对全部俘获粒子与通行粒子的不同效应，以及混沌区的径向位置，为研究环形聚变装置的粒子能量与动量输运及约束性能提供了有价值的工具。