Zentralinstitut fur Astrophysik dcr hkadcniic dcr Wisscnschaften dcr UUli
Charged particle motion is studied in inagiletic fields with an inversion of field dircction aiid a strong curvature in the re that nicans field structures which arc expected to play a crucial role in ciiergctics aiid dynamics of space pliisnia. lnvestigations arc perforined in a typical field model. Due to its symmetry and stationarity two of the integrals of motion of the resulting Hamiltonian ininicdiatcly arise. The question is analyzed wliethcr the system is integrable (this iueans regular solutions exist) and of what kind the third integral is. Two different third integrals are found, which are valid in different parts of thc phase space. Their validity is cstiniatcd r~nalytically for particles, crossing the neutral plane (t = 0 ) --in addition the action integral I , Freviously unusual in plasina applications is verified numerically. Further nunicrical research establishes that thcrc arc no more third integralsall rcnmining parts of the phase space are filled with chaotic solutions. Hecausc in strongly curved field revcrsals the conservation of the magtictic mument as an i~itegral of motion is shown to be restricted to very small energies or very largc pitch angles, the unusual I,-integral will bc an important tool for solution of plasma problems of cosmical currcnt sheets and plasma boundaries. Es wird die Ladungstragcrbewegung in lClagnetfclderu rnit Hiclituiigsinvcrsion untl starker Kruinniung ini Fcldunikelirgebiet untersucht, in Feldstrukturen also, die einc entscheidende Bedcutung fur Dynainik und Biicrgetik des kosmischen Plasmas besitzen. Den Untcrsuchungen liegt cin typisches I~cldnioclell zugrundc. Zwci Bewcgungsintegralc ergebcn sich sofort aus eincr raumlichen Symmetric und der Zeitkonstanz dcr Hamiltonfunktion. Die Frage dcr vollstandigen Intcgricrbarkcit des Systcnis (d. 11. dcr Existenz rcgularcr Losungcn) so& der Form moglichcr dritter Bewegungsintcgrale wird analysiert. Zwei vcrschicdene drittc Intcgralc wcrdcn angcgebcn, die unterscliiedliche Gcltungsberciche besitzen. Die betreffenden Phasenrauiiibcrciclic werden fur 'J'eilchcn, die die Ncutralcbcne (e = o) krcuzcn, analytisch abgeschatzt, das in bisherigcn ~lasma-Anwcntlun~cii nicht gebrauchlichc Wirkuirgsintegral I , zusatzlich nunierisch bestatigt. Weitere numerischc Nachforschungeii weisen nach, daB kcinc weitcrcn drittcn lutcgralc auftretcndcr Rest des Gcschwiiidigkeitsraumcs ist mit chaotischen Losungen gefullt. lka sich die Erhaltung des magnetischcn Moments als Hewegungsintegral i n I;cldunikclirgcbietcn niit starker l~eldlinierikrumiiiung, \vie gezeigt, praktisch auf Teilchen sehr geringer Energie (bzw. sehr groMer l'itchwinkcl) beschrankt, wird tlas bisher nicht gebrauchlichc I,-lntegral zu cineni wichtigen Mittel dcr Plasmaphysik kosmischcr Stroniscliichtcn und I'lasInagrcnzcn,