Non-thermal advanced fuel fusion trades the requirement of a large amount of recirculating tritium in the system for that of large recirculating power. Phase space engineering technologies utilizing externally injected electromagnetic fields can be applied to meet the challenge of maintaining non-thermal particle distributions at a reasonable cost. The physical processes of the phase space engineering are studied from a theoretical and algorithmic perspective. It is emphasized that the operational space of phase space engineering is limited by the underpinning symplectic dynamics of charged particles. The phase space incompressibility according to the Liouville theorem is just one of many constraints, and Gromov's non-squeezing theorem determines the minimum footprints of the charged particles on every conjugate phase space plane. In this sense and level of sophistication, the mathematical abstraction of phase space engineering is symplectic topology. To simulate the processes of phase space engineering, such as the Maxwell demon and electromagnetic energy extraction, and to accurately calculate the minimum footprints of charged particles, recently developed structure-preserving geometric algorithms can be used. The family of algorithms conserves exactly, on discretized spacetime, symplecticity and thus incompressibility, non-squeezability, and symplectic capacities. The algorithms apply to the dynamics of charged particles under the influence of external electromagnetic fields as well as the charged particle-electromagnetic field system governed by the Vlasov-Maxwell equations.


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《工程》是中国工程院(CAE)于2015年推出的国际开放存取期刊。其目的是提供一个高水平的平台,传播和分享工程研发的前沿进展、当前主要研究成果和关键成果;报告工程科学的进展,讨论工程发展的热点、兴趣领域、挑战和前景,在工程中考虑人与环境的福祉和伦理道德,鼓励具有深远经济和社会意义的工程突破和创新,使之达到国际先进水平,成为新的生产力,从而改变世界,造福人类,创造新的未来。 期刊链接:https://www.sciencedirect.com/journal/engineering
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