Published 1999 | Version v1
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Inductive Eigenmodes of a resistive toroidal surface in vacuum

  • 1. ENEA, Centro Ricerche Frascati, Rome (Italy). Dipt. Energia

Description

In this paper it has been studied the Electro-Magnetic (EM) Eigenmodes, sufficiently slow as to legitimate the pre-Maxwell approximation of Maxwell's system (or inductive Eigenmodes), of a given smooth, toroidal-unknotted, electrically resistive surface Τ with given smooth (surface) resistivity 0 < ρdegree < ∞, and lying in the (empty) R3. Within the above limitations (to be made more precise), the geometry of Τ is arbitrary. With the eigenvalue associated with the generic Eigenmode being defined as the opposite of its logarithmic time-derivative, one expects that the resulting spectrum be discrete and strictly positive. It shall be interested into the degenerate case where Τ be cut (i.e. electrically broken) along one or more of its irreducible cycles. This case will be analyzed autonomously, rather than as a limit (for ρdegree → ∞ along the cuts) of the regular case. Without cuts, the Eigenproblem under consideration is nothing but the two-dimensional (2-dim) generalization of the classical case of a smooth, unknotted, electrically conductive, simple coil in infinite vacuum. Its analysis hinges on the classical potential theory, and turns out to be a special application of the linear, integrodifferential (elliptic) equation theory on a compact, multiply connected, 2-dim manifold. The attention and approach will be confined to strong (or classical) solutions, both in Τ and C Τ = R3 / Τ. This study is divided in two parts: a General Part (Sects 1 divided 4) is devoted to the case of generic Τ and ρdegree (within the convenient smoothness requirements), whereas a Special Part (Sects 5 divided 7) deals with the (more or less formal) discussion of a couple of particular cases (Τ ≡ a canonical torus), both of which with uniform ρdegree. Some propaedeutical/supplementary information is provided in a number of Appendices

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Abstract (Italian)

Il presente lavoro studia un problema della fisica-matematica classica, quello degli automodi pre-Maxwelliani (o induttivi) di una generica superficie conduttrice - con conduttivita' (superficiale) data punto per punto - avente la topologia di un toroide non annodato, e immersa nello spazio infinito vuoto. (Viene anche esaminato il caso in cui tale superficie e' elettricamente interrotta lungo uno o piu' dei suoi cicli irriducibili). L'autoproblema in oggetto e' ricondotto alla soluzione di una equazione integrale di Fredholm di 2a specie nel caso di campo magnetico (sia interno che esterno alla superficie) non-circuitante; e di un sistema di tre (due) equazioni integral-algebriche - una dello stesso tipo a le altre (l'altra) di tipo diverso - nel caso piu' generale di campo magnetico (interno e (aut) esterno) circuitante. E' anche fornita una discussione qualitativa dello spettro. Il problema e' poi esaminato e risolto in dettaglio in due geometrie fondamentali; quella del toro canonico, e quella (che ne e' la degenerazione) del cilindro circolare indefinito, in entrambi i casi con conducibilita' costante. Le potenziali applicazioni di questa ricerca ad un aspetto importante (seppur assai parziale) della teoria delle macchine per la fusione controllata a topologia toroidale sono evidenti. Il testo e' stato redatto in uno stile prevalentemente didattico; una sua versione non-didattica (notevolmente piu' breve e destinata ad eventuale pubblicazione) e' attualmente in preparazione

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102 p.
ISSN
1124-7932
Report number
ENEA-RT-ERG-FUS--99-005