Spatial energy channelling and stochastization of fast ion motion by high-frequency plasma instabilities

Abstract

The conditions are established when multiple Alfvén eigenmodes are able to withdraw a significant part of the energy of fast ions for possible transfer to another spatial region (spatial channelling). This can happen when the resonance islands of the instabilities overlap to form an extensive stochastic zone in the fast ion phase space. An analytical expression for the width of a resonance island induced by an Alfvén eigenmode in the phase space is derived. The number and amplitude of modes are estimated, which are required to form a stochastic zone in a given energy range. Two codes intended for numerical verification of these estimates are briefly described. First results of these codes are presented.

Устанавливаются условия, при которых множественные альфвеновские собственные моды способны отнять значительную долю энергии у быстрых ионов для возможной передачи в другую область пространства (пространственного каналирования). Это может происходить, если резонансные острова неустойчивостей перекрываются, образуя обширную стохастическую зону в фазовом пространстве быстрых ионов. Выводится аналитическое выражение для ширины резонансного острова, образованного альфвеновской собственной модой в фазовом пространстве. Оцениваются количество и амплитуда мод, необходимые для возникновения стохастической зоны в заданном диапазоне энергий. Кратко описываются два кода, предназначенные для численной проверки этих оценок. Представлены первые результаты этих кодов.

Встановлюються умови, за яких множинні альфвенові власні моди є здатними забрати значну частку енергії в швидких іонів для можливої передачі в іншу область простору (просторового каналювання). Це може траплятись, якщо резонансні острови нестійкостей перекриваються і утворюють широку стохастичну зону в фазовому просторі швидких іонів. Виводиться аналітичний вираз для ширини резонансного острова, створеного альфвеновою власною модою в фазовому просторі. Оцінюються кількість та амплітуда мод, що потрібні для утворення стохастичної зони в певному діапазоні енергій. Стисло описуються два коди, призначені для числової перевірки цих оцінок. Представлено перші результати цих кодів.