Magnetic Stochasticity in Magnetically Confined Fusion Plasmas: Chaos of Field Lines and Charged Particle Dynamics

این اولین کتابی است که جنبه‌های مدرن دینامیک آشفته خطوط میدان مغناطیسی و ذرات باردار را در پلاسمای همجوشی محصور مغناطیسی به طور سیستماتیک بررسی می‌کند. مدل‌های تحلیلی توصیف‌کننده ویژگی‌های عمومی میدان‌های مغناطیسی تعادلی و آشفتگی‌های مغناطیسی در دستگاه‌های همجوشی مدرن ارائه شده‌اند. جنبه های ریاضی و فیزیکی شروع هرج و مرج، ویژگی های عمومی ساختار میدان های مغناطیسی تصادفی، انتقال ذرات باردار در توکامک های ناشی از آشفتگی های مغناطیسی، جنبه های جدید انتقال آشفته ذرات و غیره را شرح می دهد. ارائه بر اساس کلاسیک و جدید است. ابزارهای ریاضی منحصر به فرد دینامیک هامیلتونی، مانند عمل - فرمالیسم زاویه، نظریه آشفتگی کلاسیک، تبدیل متعارف متغیرها، نگاشتهای سمپلتیک، انتگرال های پوانکاره-ملنیکوف. آنها به طور گسترده برای مطالعات تحلیلی و همچنین برای شبیه سازی عددی خطوط میدان مغناطیسی، دینامیک ذرات، ساختارهای فضایی و ویژگی های آماری استفاده می شوند. ارجاعات متعدد به مقالات در مورد آخرین پیشرفت در این منطقه ارائه شده است. این کتاب برای دانشجویان فارغ التحصیل و محققانی است که به مسائل مدرن تصادفی مغناطیسی در پلاسمای همجوشی محصور مغناطیسی علاقه مند هستند. همچنین برای فیزیکدانان و ریاضیدانان علاقه مند به روش های جدید دینامیک هامیلتونی و کاربردهای آنها مفید است.

This is the first book to systematically consider the modern aspects of chaotic dynamics of magnetic field lines and charged particles in magnetically confined fusion plasmas. The analytical models describing the generic features of equilibrium magnetic fields and magnetic perturbations in modern fusion devices are presented. It describes mathematical and physical aspects of onset of chaos, generic properties of the structure of stochastic magnetic fields, transport of charged particles in tokamaks induced by magnetic perturbations, new aspects of particle turbulent transport, etc. The presentation is based on the classical and new unique mathematical tools of Hamiltonian dynamics, like the action--angle formalism, classical perturbation theory, canonical transformations of variables, symplectic mappings, the Poincaré-Melnikov integrals. They are extensively used for analytical studies as well as for numerical simulations of magnetic field lines, particle dynamics, their spatial structures and statistical properties. The numerous references to articles on the latest development in the area are provided. The book is intended for graduate students and researchers who interested in the modern problems of magnetic stochasticity in magnetically confined fusion plasmas. It is also useful for physicists and mathematicians interested in new methods of Hamiltonian dynamics and their applications.