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Self-Organization and Heating by Inward Diffusion in Magnetospheric Plasmas

机译：磁层中等离子体的自组织和向内扩散加热

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Through the process of inward diffusion, a strongly localized clump of plasma is created in a magnetosphere. The creation of the density gradient, instead of the usual flattening by a diffusion process, can be explained by the topological constraints given by the adiabatic invariants of magnetized particles [ Z. Yoshida and S.M. Mahajan, Prog. Theor. Exp. Phys. 2014 , 073J01 (2014). N. Sato and Z. Yoshida, J. Phys. A: Math. Theor. 48 , 205501 (2015).]. After developing a canonical formalism for the standard guiding center dynamics in a dipole magnetic field, we complete our attempt to build a statistical mechanics on a constrained phase space by discussing the construction principles of the associated diffusion operator. We then investigate the heating mechanism associated with inward diffusion: as particles move toward regions of higher magnetic field, they experience preferential heating of the perpendicular (with respect to the magnetic field) temperature in order to preserve the magnetic moment. A relationship between conservation of bounce action and temperature isotropy emerged. We further show that this behavior is scaled by the diffusion parameter of the Fokker-Planck equation. These results are confirmed by numerical simulations.
机译：通过向内扩散的过程，在磁层中形成了等离子体的强局部团块。可以通过磁化粒子的绝热不变量给出的拓扑约束来解释密度梯度的创建，而不是通过扩散过程通常进行的平坦化[Z. Yoshida和S.M. Mahajan，编理论。经验物理2014，073J01（2014）。 N. Sato和Z. Yoshida，J. Phys。答：数学。理论。 48，205501（2015）。]。在为偶极磁场中的标准引导中心动力学制定了规范形式之后，我们通过讨论相关扩散算子的构造原理，完成了在受限相空间上建立统计力学的尝试。然后，我们研究与向内扩散相关的加热机制：当粒子移向较高磁场的区域时，它们会经历垂直（相对于磁场）温度的优先加热，以保持磁矩。出现了反弹动作守恒与温度各向同性之间的关系。我们进一步表明，此行为由Fokker-Planck方程的扩散参数定标。这些结果通过数值模拟得到证实。

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