Braginskii equations for hot relativistic plasmas: mixed approach

Abstract

In the paper, the Braginskii equations for relativistic electrons in hot plasmas with slow macroscopic fluxes are derived. This consideration is suitable for description of the typical fusion plasma with the temperatures of about several tens of kiloelectronvolt, when the plasma rotation and the longitudinal currents should be taken into account. Contrary to other papers devoted to classical description of transport processes in fusion devices, as well as to fully relativistic description of the astrophysical objects, we propose the mixed approach with fully relativistic kinetics for the hot electrons and non-relativistic macroscopic fluxes. The obtained form of the Braginskii equations includes all important features of relativistic hydrodynamics, has the same form as the classical representation, which is currently implemented into modern transport codes, and can easily replace the latter.

Виведені рівняння Брагінського для релятивістських електронів у гарячій плазмі з повільними макроскопічними потоками. Запропонований розгляд підходить для опису лабораторної термоядерної плазми з температурами в десятки кілоелектронвольт, коли слід враховувати обертання плазми та поздовжні потоки. На відміну від інших робіт, присвячених класичному опису транспортних процесів у термоядерних пристроях, а також повному релятивістському опису астрофізичних об’єктів, ми пропонуємо змішане наближення з повністю релятивістською кінетикою для гарячих електронів та нерелятивістськими макроскопічними потоками. Отримана форма рівнянь Брагінського включає всі важливі особливості релятивістської гідродинаміки, має ту ж форму, що і класичне подання, яке в даний час впроваджено в сучасні транспортні коди, і може легко замінити останнє.

Выводятся уравнения Брагинского для релятивистских электронов в горячей плазме с медленными макроскопическими потоками. Это рассмотрение подходит для описания типичной термоядерной плазмы с температурами в десятки килоэлектронвольт, когда необходимо учитывать вращение плазмы и продольные потоки. В отличие от других работ, посвященных классическому описанию процессов переноса в термоядерных устройствах, а также полностью релятивистскому описанию астрофизических объектов, мы предлагаем смешанный подход с полностью релятивистской кинетикой для горячих электронов и нерелятивистскими макроскопическими потоками. Полученная форма уравнений Брагинского включает в себя все важные особенности релятивистской гидродинамики, имеет тот же вид, что и классическое представление, которое в настоящее время реализовано в современных транспортных кодах, и может легко заменить последнее.