Plasma rotation from momentum transport by neutrals in tokamaks
中性原子对托卡马克边缘的内禀转动和径向电场有很大的影响。在这里，我们提出了一个框架来研究这些影响时，中性占主导地位的动量输运。我们探索参数空间数值，使用高度灵活的模型几何形状和最先进的动力学求解器的状态。我们发现，控制环向旋转和电场的最重要的参数是中性粒子局域化的主半径和等离子体的碰撞性。这提供了通过例如改变X点的径向位置以改变中性峰的主半径来影响旋转和电场的手段。
2016-05-05 physics.plasm-ph
Shaping the edge radial electric field to create shearless transport barriers in tokamaks
本文通过ExB漂移模型研究托卡马克边缘径向电场分布对创建无剪切输运垒的影响，发现增加势阱深度或势丘高度可增强STB抗涨落能力，从而实现改善的约束模式。
2023-06-02 physics.plasm-ph
Effects of collisional ion orbit loss on neoclassical tokamak radial electric fields
在托卡马克边缘等离子体中，离子轨道损失对于产生径向向内电场$E_r$是重要的。特别是，这种效果是强调在偏转托卡马克与磁X点。在新古典平衡中，库仑碰撞可以将离子散射到损失轨道上并产生径向向外的电流，该电流在稳态下由来自粘性的径向向内的电流平衡。为了定量测量这种损失轨道电流在边缘基座，离子轨道通量诊断已实施的轴对称版本的gyrokinetic粒子在细胞代码XGC。作为这种诊断的第一个应用，一个新经典的DIII-D H模式等离子体研究使用回旋离子和绝热电子。通过研究堆芯中$E_r$的碰撞弛豫，证明了诊断的有效性。在此演示之后，在准稳态的边缘基座的损失轨道电流的数值测量。在这种等离子体中，发现来自$E_r$的离子上的径向电力近似地平衡边缘基座中的离子径向压力梯度，来自等离子体流项的径向力是次要分量。轨道损失对$E_r$的影响很小。离子轨道损失将如何影响全电流ITER等离子体基座中的$E_r$，作为后续的研究课题。
2021-12-02 physics.plasm-ph
Effect of plasma elongation on current dynamics during tokamak disruptions
托卡马克装置中的等离子体终止中断可能导致相对论逃逸电子束，对未来具有大等离子体电流的装置具有潜在的严重后果。本文研究了等离子体伸长对电场的逃逸产生和电阻扩散耦合动力学的影响。我们发现，细长的等离子体是不太可能产生大的失控电流，部分原因是由于较低的感应电场与较大的等离子体，部分原因是由于直接整形效应，这主要是导致失控雪崩增益的减少。
2020-01-06 physics.plasm-ph
First-Principles Explanation of the Drift Configuration Dependence of the Radial Electric Field and High-Confinement Access in Tokamaks
Max-Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
通过第一性原理回旋动理学模拟，揭示了托卡马克中有利与不利漂移位形下高约束模式功率阈值差异的物理机制，即湍流驱动极向流通过非线性能量转移形成更深的径向电场势阱，从而降低有利位形下的阈值。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Non-linear neoclassical model for poloidal asymmetries in tokamak pedestals: diamagnetic and radial effects included
在过去的十年里，在世界各地的几个托卡马克中测量到了比最全面的新古典模型预测的更强的杂质密度的极向不对称性，这使得人们对H模式托卡马克中剪切径向电场减少湍流产生了疑问。然而，这些开创性的理论忽略了杂质的抗磁漂移，或未能保持其自洽性;而最近的测量表明，它可以与ExB漂移具有相同的量级。我们已经开发了第一个自洽的理论模型保留杂质抗磁流和二维功能，它意味着由于其相关的不可忽略的径向流发散。它成功地解释了碰撞的实验杂质密度，温度和径向电场进出的不对称性，从而使它们与H-模式基座湍流减少一致。
2020-06-22 physics.plasm-ph
Magnetic Field Line Stickiness in Tokamaks
本文给出了托卡马克ITER的偏转磁场线的模拟图，通过数值积分哈密顿模型与五个线圈和控制线圈中的电流得到。我们发现了一个粘性岛嵌入在偏滤器板附近的混沌区域，它的陷阱磁场线为许多环形圈增加他们的连接长度，这些板的证据。
2013-11-04 physics.plasm-ph
Edge Radial Electric Field in Positive and Negative Triangularity Plasmas in the TCV Tokamak
首次测量TCV托卡马克负三角形变等离子体边缘径向电场，发现NT中等离子体$E_r$阱及$E_r \times B$剪切强于正三角形变，与其性能提升相关。
2025-07-11 physics.plasm-ph
Runaway electron generation during tokamak start-up
托卡马克启动的特点是低电子密度和强电场，以迅速提高等离子体电流和温度，使等离子体充分放电，形成磁通量表面。这样的条件对于超热电子的形成是理想的，这可能降低欧姆加热的效率并防止健康的热聚变等离子体的形成。这在ITER中是特别令人关注的，在ITER中，工程限制对允许的电场施加了限制，并且限制了启动期间的预填充密度。在这项研究中，我们提出了一个新的0D烧穿模拟工具，称为STREAM（启动失控电子分析模型），它自洽地演变的等离子体密度，温度和电场，同时占相对论失控电子的产生和损失。验证烧穿模型后，我们调查的条件下，逃逸电子可以形成在托卡马克启动过程中，以及它们对等离子体引发的影响。我们发现，Dreicer生成起着至关重要的作用，在确定是否成为失控为主的放电或没有，大量的失控电子可以限制欧姆加热的等离子体，从而防止成功的烧穿或进一步斜升的等离子体电流。通过气体燃料增加密度可以抑制失控的发生，但只有在足够早的情况下。否则，可能已经积累了大的失控种子，其甚至在相对低的电场和高密度下也可能雪崩。
2022-06-29 physics.plasm-ph
Construction and analysis of guiding center distributions for tokamak plasmas with ambient radial electric field
本文在VisualStart代码中引入了时间无关的环向对称径向电场$E_r$，用于构建托卡马克等离子体质心漂移轨道数据库。研究发现基于磁中面的坐标在存在$E_r$时优于传统运动常数，且$E_r$调制的镜像力平行加速度对捕获-通行边界和共振频率分析具有重要影响。
2025-05-01 physics.plasm-ph
Radial transport of electric current by electromagnetic microturbulence in tokamaks
EPFL（洛桑联邦理工学院）；PPPL（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究通过 GENE 和 CGYRO 代码的模拟与基准测试，揭示托卡马克电磁微湍流对电流的径向输运特性，为高β托卡马克等离子体的旋转、电流与安全因子耦合演化提供了关键依据。
2026-08-05 physics.plasm-ph
Effects of collisional ion orbit loss on tokamak radial electric field and toroidal rotation in an L-mode plasma
本文利用XGC模拟研究DIII-D L模等离子体中碰撞离子轨道损失，发现其使边缘径向电场向负方向移动，并驱动共电流方向的边缘环向旋转。
2023-03-28 physics.plasm-ph
Two-fluid tokamak equilibria with reversed magnetic shear and sheared flow
在双流体模型框架下，研究了反向磁剪切和剪切流作用下托卡马克平衡态的变化规律，这可能对内输运势垒的形成起作用。该研究是基于精确的自洽的解决方案，在圆柱形的几何形状，通过它的影响的磁剪切，s，和“环形”（轴向）和“极向”（方位角）离子速度分量上的径向电场，它的剪切和剪切的ExB速度检查。对于广泛的参数制度的实验关注的事实证明，贡献的环向和极向速度和压力梯度项的电场，其剪切和ExB速度剪切是相同的数量级。s通过压力梯度项对ExB速度切变的影响比通过速度项的影响大。结果表明，与MHD一样，磁场剪切和剪切的环向和极向速度在产生电场中起协同作用，因此ExB速度剪切剖面与ITB放电中观察到的一致，但由于压力梯度项的存在，s对电场、电场剪切和ExB速度剪切的影响比MHD中的强。
2005-05-14 physics.plasm-ph
Impact of magnetic drift configuration on the edge radial electric field in the TCV tokamak
Division of Fusion Plasma Physics, KTH Royal Institute of Technology（等离子体物理系，皇家理工学院）
本研究在TCV托卡马克中对比有利与不利磁漂移位形，发现边缘径向电场差异显著且与约束及H模可及性相关，证实该现象具有多机器普适性。
2026-09-28 physics.plasm-ph
Role of edge poloidal density asymmetry in tokamak confinement
由边缘极向密度不对称性驱动的质量流和径向电场可以作为托卡马克中边缘和全局约束的高效控制机制。基本的物理学可以完全在一个简单的磁流体动力学平衡模型中得到证明，而不需要诉诸复杂的、通常依赖于碰撞的新古典物理学论点。作为一个例子，强烈的依赖性的低到高（LH）的过渡功率阈值的磁拓扑结构，实验观察仍然知之甚少，可以很容易地解释在这个框架内。类似的论点表明，中板上方的ITER燃料加注口可能会导致更高的输入功率要求。
2018-02-17 physics.plasm-ph
Electric field effects during disruptions
本文通过亥姆霍兹分解研究托卡马克破裂期间的电场效应，揭示混沌磁力线区域中准中性要求产生的玻姆扩散和大尺度流动对杂质输运的关键作用，并给出磁螺旋度演化对稳态维持的约束。
2024-09-02 physics.plasm-ph
Formation of convective cells in the scrape-off layer of the CASTOR tokamak
理解托卡马克中的刮削层（SOL）物理需要具有足够的时间和空间分辨率的诊断。本文介绍了在CASTOR托卡马克（R=40 cm，a = 6 cm）的SOL中，用124个朗缪尔探针环环绕整个极向截面进行的实验结果。单独的探头测量的浮动电位的离子饱和电流的空间分辨率高达3毫米。实验是在一个特定的磁性配置，其特征在于由一个长的并联连接长度在SOL，L_par ~ q2 piR。我们报告的测量放电，其中的边缘电场被修改通过插入一个偏置的电极到边缘等离子体。特别地，如果偏置电极位于SOL内部，则观察到复杂的图像。浮动电位的极向分布在偏置时似乎是强烈不均匀的。在特定的极向角处观察到电势峰值。这被解释为一个偏置的磁通管的形成，它从电极发出沿着磁场线和蛇绕环q倍。在SOL中产生的电场是2维的，具有径向以及极向分量。结果表明，极向电场E_pol使边缘等离子体径向对流，这是由于E_pol x B_T随其符号向内或向外漂移所致。对流粒子通量比波动引起的通量大两个数量级，因此占主导地位。
2004-10-22 physics.plasm-ph
Real-time steerable frequency-stepped Doppler Backscattering (DBS) System for local helicon wave electric field measurements on the DIII-D tokamak
本研究开发了一套集成实时可控发射器的频率步进DBS系统，用于在DIII-D托卡马克中探测局部密度涨落，通过高频边带信号标记背景湍流，实现了对高功率helicon波电场幅度和功率分布的实时监测。
2024-10-16 physics.plasm-ph
Turbulent momentum pinch of diamagnetic flows in a tokamak
托卡马克中的离子环向旋转由径向电场引起的$E\times B$流和径向压力梯度引起的反磁流组成。以往研究的科氏力引起的湍流环向角动量箍缩只适用于$E\times B$流。本文计算了径向压力梯度产生的转动动量箍缩，并与科里奥利箍缩作了比较。这一区别对于亚音速流或基座中的流是重要的，在基座中，两种类型的流在大小上相似，在方向上相反。在边缘中，由于相反的旋转而产生的不同的箍缩可以导致固有的动量传输，从而产生显著的旋转峰值。
2013-01-17 physics.plasm-ph
Wild cables and survivability of macroscopic molecular structures in hot tokamak plasmas
在托卡马克等离子体中发现了管状刚体结构的证据，这类似于在Z箍缩中观察到的长寿命细丝（[1] Kukushkin，Rantsev-Kartinov，Proc.26-th EPS conf.，http://epsppd.epfl.ch/cross/p2087.htm).这些结构被认为是一种“野生电缆”，通过从外部电路泵送的EM能量的通道产生，并以高频EM波的形式沿着假设的（碳）微固体骨架[1]传播到等离子体核心，这些骨架在电击穿期间组装。它示出，这样的骨架可以保护从高温环境等离子体的TEM波由于微固体骨架的存在下产生的。
1999-10-29 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Remarks on the derivation and evaluation of the Stacey-Sigmar model for tokamak equilibrium
文献中提出的托卡马克平衡的Stacey-Sigmar模型在很大程度上依赖于静电场的新经典理论。它忽略了高斯定律，这与电动力学的电势公式不一致。它对中央加热和极向场线圈产生的动态电场的处理也是可疑的。其推导的粘度项仍然是不完整的，并没有考虑到变化的俯仰角的磁场。关于桨距角的粘性项的推导可以解释通常归因于径向静电场的径向力，从而避免了忽略高斯定律的期望。
2014-05-24 physics.plasm-ph
Changes to neoclassical flow and bootstrap current in a tokamak pedestal
在托卡马克基座中，径向尺度长度可以与离子轨道宽度相比较，从而使传统的新古典计算的流量和自举电流失效。在这项工作中，我们说明了一个非本地的方法，允许强大的径向密度变化，同时保持小偏离麦克斯韦分布。非局部效应改变了流量和电流的大小和极向变化。该方法是实现在一个新的全球性的delta-f连续代码使用完全线性化的福克-普朗克碰撞算子。只要极向磁场与总磁场相比很小，就允许任意的碰撞性和纵横比。强径向电场，足以静电约束的离子，也包括在内。这些影响可能是重要的，以考虑在任何实验基座流量测量和理论之间的比较。
2012-06-26 physics.plasm-ph
Radio frequency induced and neoclassical asymmetries and their effects on turbulent impurity transport in a tokamak
杂质密度的极向不对称性可以由核心的射频加热和托卡马克等离子体边缘的新经典效应产生。在一个基座的案例研究中，使用全球新古典模拟，我们发现，有限的轨道宽度效应可以产生显着的极向变化的静电势，这在一个小的径向尺度上变化。陀螺动力学建模表明，这些极向不对称性可以足够强，以显着修改湍流杂质峰。在基座中，ExB在径向电场中的漂移对杂质极向运动的贡献大于平行流对杂质极向运动的贡献。在这种情况下，我们发现，上下不对称性也会影响杂质峰。
2013-11-20 physics.plasm-ph
An Improved Boris Algorithm for Charge Particle Orbit in Tokamak Plasmas
本文提出一种改进的Boris算法，通过修正快尺度回旋相位计算误差并保留慢尺度导心运动优势，克服了传统保体积算法单一特征频率限制，在托卡马克等离子体多频率问题模拟中显著提高了精度。
2025-07-17 physics.plasm-ph
Critical evaluation of the neoclassical model for the equilibrium electrostatic field in a tokamak
用运动方程确定托卡马克等离子体中的静电场的新经典方法困难重重。在这里，我们检查两个流行的表达式的平衡静电场如此确定，并表明，一个未能经受住正式审查，而另一个未能尊重矢量性质的抗磁电流。重新考虑平衡静电场的存在的理由表明，没有字段是需要考虑的净束缚电流定义为磁化的旋度时，中性等离子体。随着环形磁通量分布的任何偏移，产生具有径向和极向分量的动态电场，从而为其任何测量提供替代解释。
2011-01-08 physics.plasm-ph
ExB drift particle transport in tokamaks
本文通过漂移波试验粒子模型研究托卡马克中电场和磁场剖面对ExB漂移粒子输运的影响，发现剪切剖面及非单调场产生的无剪切输运垒能显著降低输运系数。
2023-05-31 nlin.CD physics.plasm-ph
Effect of a stochastic electric field on plasma confinement in FTU
本文讨论了具有轴对称性的磁约束等离子体中电子行为的随机模型。这项工作的目的是提供一个解释的密度极限观察弗拉斯卡蒂托卡马克升级机。动力学框架处理嵌入在一个稳定的和均匀的磁场和正交的随机电场的影响的电子。平均等离子体轮廓的行为是由适当的福克-普朗克方程相关联的考虑模型和随机电场的破坏性影响所示。所述模型和实验数据之间的比较允许固定这样的随机场的相关空间尺度。它被发现是托卡马克微观物理尺度的顺序，即几毫米。此外，它是澄清如何的扩散过程概述了依赖于磁场作为$\sim B^{-3/2}$。
2016-02-08 physics.plasm-ph
On the electrostatic field of a tokamak in the limit of large aspect ratio and concentric circular flux surfaces
从托卡马克极向静电场的一般表达式出发，在大纵横比和同心圆通量面的限制下，可以确定相应的电势。这个潜在的满足泊松方程，减少到拉普拉斯方程时，介质具有消失的电荷密度，在轴向几何形状，但不是环形几何。一个简单的变换采取的潜在的托卡马克坐标的正确的谐波形式，并计算得到的静电场。从径向场可以估计边界上的支持电荷密度，从极向场可以确定电子温度的径向依赖性的预测，这与经常在托卡马克中看到的轮廓的粗略估计相比并不好。
2011-01-08 physics.plasm-ph
Constructing Field Aligned Coordinate Systems for Gyrokinetic Simulations of Tokamaks in X-point Geometries
提出一种避免磁X点奇点的算法，用于在标准磁场对齐坐标系中计算几何量，实现托卡马克核心区与刮削层的2D轴对称模拟，并通过STEP示例验证有效性。
2025-11-02 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of runaway electron avalanches in tokamak plasmas
当环形电场的加速力超过库仑碰撞产生的碰撞拖曳力时，托卡马克等离子体中会产生逃逸电子（RE）。在国际热核实验堆中，预计破坏主要通过撞击碰撞产生RE，其中足够的动量可以从现有的逃逸物转移到减慢电子以将后者运输到临界动量以上，从而引发RE雪崩。由于撞击逃逸物通常以相对于局部磁场方向的动量的显著垂直分量散射，因此这些粒子具有高度磁化。因此，动量动力学需要一个完整的3-D动力学描述，因为这些电子是高度敏感的磁不均匀性的环形配置。导出了一个反弹平均的撞击源项。本文用LUKE程序求解三维线性化的相对论性电子Fokker-Planck方程，通过计算电子分布函数对恒定平行电场的响应，研究了Dreicer机制和碰撞碰撞过程联合作用下稀土离子的产生.这项工作表明，即使在非破坏性的情况下，雪崩效应也很重要。稀土形成通过撞击碰撞被发现强烈减少时发生的磁轴，因为被困的电子不能有助于稀土人口。雪崩机制的相对重要性作为RE形成的关键参数的函数进行了研究;等离子体温度和电场强度。与理论预测一致，模拟结果表明，在低温和电场中，撞击是RE的主要来源，并且可以在RE生成中发挥重要作用，包括在非破坏性场景中。
2015-03-20 physics.plasm-ph
Numerical calculation of ion runaway distributions
等离子体中被电场加速的离子（所谓的逃逸离子）可以解释太阳耀斑和聚变实验中的观测结果，但是以前的分析工作的局限性阻止了明确的结论。在这项工作中，我们描述了一个数值求解器的二维非相对论线性化的福克-普朗克方程的离子。它解决了初始值问题，在速度空间的频谱欧拉离散计划，允许任意等离子体成分和时变的电场和背景等离子体参数。数值离子分布函数，然后考虑失控的条件，在太阳耀斑和托卡马克等离子体离子加速。典型的时间尺度和离子加速所需的电场被确定为各种等离子体成分，离子种类和温度，并考虑在托卡马克中断的环形Alfvén本征模激发的潜力。
2015-02-24 physics.plasm-ph
Improved n=1 Empirical Error Field Penetration Threshold Scaling with Ohmic and L-Mode Conventional Tokamak Plasma Discharges
Columbia University（哥伦比亚大学）；Seoul National University（首尔大学）；Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences（中国科学院等离子体物理研究所）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；General Atomics（通用原子公司）；Consorzio RFX (CNR, ENEA, INFN, Universitá di Padova, Acciaierie Venete SpA)（RFX联合体（意大利国家研究委员会、国家新能源与可再生能源署、意大利国家核物理研究所、帕多瓦大学、威尼斯钢铁公司））；University of Padova（帕多瓦大学）；UKAEA, Culham Campus（英国原子能管理局，库姆校区）
本文改进了n=1误差场穿透阈值标度，通过扩展数据库提高拟合质量，减少未来常规托卡马克的不确定性，增强工程公差信心，适用于未来托卡马克和FPP的设计与建造。
2026-09-09 physics.plasm-ph
Role of kinetic instability in runaway electron avalanche and elevated critical electric fields
研究了动力学哨声波不稳定性对逃逸电子雪崩的影响。从DIII-D实验的参数，我们表明，稀土散射激发哨声波可以解释几个不太了解的实验结果中看到的各种托卡马克。我们发现雪崩增长率和阈值电场的增加，使本模型更接近观察比以前的结果。动力学不稳定性的激发和共振电子的散射计算自洽使用准线性模型。我们还解释了在DIII-D静态RE实验中观察到的电子回旋发射（ECE）信号的快速增长和极低频哨声模的激发[D. A. Spong等人，提交至Phys. Rev. Lett.]。这些结果表明，通过控制背景热等离子体温度，可以在托卡马克破裂中自发激发等离子体波，并抑制逃逸电子的雪崩产生。
2018-01-05 physics.plasm-ph
Critical roles of edge turbulent transport in the formation of high-field-side high-density front and density limit disruption in J-TEXT tokamak
本文通过朗缪尔探针和偏振干涉仪诊断，研究了J-TEXT托卡马克中边缘湍流输运对高场侧高密度前沿形成及密度极限破裂的关键作用。
2023-09-01 physics.plasm-ph
Constraints on the magnetic field evolution in tokamak power plants
Columbia University（哥伦比亚大学）
本文通过推导法拉第定律、安全因子和内部电感的表达式，探讨了托卡马克发电站设计中磁场演变的约束，解释了磁扰问题、电流剖面控制及脉冲型托卡马克的可行性。
2026-06-24 physics.plasm-ph
Analysis of high-field side plasma instabilities in tokamak edge
针对托卡马克平衡双零位形下高场侧刮削层无涨落但密度陡峭的矛盾观测，本研究通过解析与数值方法研究漂移-电阻-气球模模型，分析该区域等离子体不稳定性、湍流及输运特征。
2024-10-10 physics.plasm-ph
Poloidal inhomogeneity of the particle fluctuation induced fluxes near of the LCFS at lower hybrid heating and improved confinement transition at the FT-2 tokamak
本文介绍了FT-2的光谱和微湍流实验数据及其分析。结果表明，FT-2中LH加热（LHH）产生的径向电场Er足以形成输运势垒。当LHH关闭时，ETB形成。在两个不同的极向角下，测量了太阳光LCFS附近的径向涨落引起的E B漂移通量密度。为此目的，使用两个朗缪尔探针位于低场和高场侧的环面。登记的极向和径向分量的电场和密度波动在同一时间在一个放电允许测量的极向不对称的传输减少机制的径向和极向粒子通量在SOL中。绝对E（~）涨落水平与Er切变的符号有关。用X模起伏反射法研究了LCFS附近L-H跃迁中极向ErxB旋转剪切E-B对微尺度湍流的影响。新的数据是通过空间光谱技术获得的。
2004-10-19 physics.plasm-ph
Hot-Ion Modes in Globus-M2 and Saturation of Energy Confinement Time Scaling in Spherical Tokamaks with Toroidal Magnetic Field of 1 T and Above
本研究在Globus-M2球形托卡马克中实现离子高温加热，发现环向磁场从0.5 T升至1 T时约束显著改善，但结合ST40实验表明更高磁场下热绝缘提升将饱和。
2025-09-02 physics.plasm-ph
Proto-CIRCUS Tilted-Coil Tokamak-Torsatron Hybrid: Design and Construction
我们提出了场线建模，设计和建造的原型圆形线圈托卡马克-torsatron混合称为原CIRCUS。该装置的大半径R = 16 cm，小半径a < 5 cm。六个“环向场”线圈是平面的，就像托卡马克一样，但是它们是倾斜的。这与感应或驱动的等离子体电流相结合，预计将产生旋转变换，如场线跟踪和平衡计算中所见。该装置预计将在较低的等离子体电流比托卡马克的可比大小和磁场，这可能有有趣的影响中断和稳态运行。此外，环形磁波纹是不太明显的，比在一个等效的托卡马克中的线圈是不倾斜的。倾斜线圈互锁，导致相对低的纵横比，并且可以在放电之间径向地和倾斜角度地移动。这种能力将被用来进行计算和实地测绘测量之间的详细比较。这样的比较将揭示这个相对简单的概念是否可以产生预期的旋转变换。
2014-10-08 physics.plasm-ph
Geodesic Acoustic Modes in pair plasmas confined in tokamak magnetic fields
De Vinci Higher Education（德芬奇高等教育）；De Vinci Research Center（德芬奇研究中心）
本文推导了离子与电子质量相等的对等离子体中测地声模的色散关系，该模式对托卡马克湍流调控和约束至关重要，相关实验有助于研究基础等离子体物理及早期宇宙形成。
2026-09-22 physics.plasm-ph
Local up-down asymmetrically shaped equilibrium model for tokamak plasmas
本文提出了一个局部磁平衡模型，该模型具有有限的纵横比和上下不对称的截面形状，取决于八个自由参数。与其他局部平衡，提供简单的磁表面参数化的成本复杂的极线场磁通量的描述，所提出的模型是故意建立提供易于分析的磁场分量。因此，它特别适合于分析评估各种托卡马克等离子体现象的平衡成形效应。
2018-06-22 physics.plasm-ph
A nontwist field line mapping in a tokamak with ergodic magnetic limiter
该研究基于Martin-Taylor映射提出了适用于任意安全因子分布托卡马克的解析磁力线非扭转映射，揭示了简并系统特征并通过模拟验证了无剪切曲线的位置形态受控制参数影响。
2023-12-19 physics.plasm-ph
Radial transport of toroidal angular momentum in tokamaks
确定托卡马克的内禀转动分布需要环向角动量的径向通量。其计算需要知道$ε= ρ/L$中的回旋运动分布函数和湍流静电势到二阶，其中$ρ$是离子拉莫尔半径，$L$是磁场的变化长度。本文提出了一套完整的计算托卡马克中环向角动量径向输运的方程。特别地，首次给出了分布函数和静电势的湍流分量的$O(ε^2)$方程，而没有假设在磁场强度上的极向磁场很小。
2015-04-29 physics.plasm-ph
A novel flexible field-aligned coordinate system for tokamak edge plasma simulation
托卡马克等离子体被一个磁场限制，该磁场限制了垂直于磁场的粒子和热传输。平行于场，电离粒子可以自由移动，因此为了获得限制，场线是“闭合的”（即，形成恒定极向通量的闭合表面）。然而，朝向边缘，场线开始与物理表面相交，导致中性粒子和电离粒子之间的相互作用，以及材料表面的潜在熔化。模拟这种相互作用对于预测未来托卡马克装置（如ITER）的性能和寿命非常重要。由于托卡马克等离子体系统的几何结构和磁拓扑结构，场向坐标常用于托卡马克等离子体的模拟。然而，由于正交性要求，这些坐标在它们允许的极向平面中的几何形状中受到限制。本文提出了一种新颖的3D坐标系，其放松了该约束，使得任何任意的、平滑变化的几何形状可以在极向平面中匹配，同时保持场对准坐标。该系统在BOUT++中实现，并使用制造解决方案的方法进行准确性测试。使用流体等离子体模型模拟了MAST边缘横截面，结果显示了密度、温度和速度的预期行为。最后，模拟一个孤立的偏滤器腿进行和没有中性粒子，以证明偏滤器板附近的离子中性相互作用和相应的等离子体温度的有益降低。
2016-04-20 physics.plasm-ph
Axisymmetric Plasma Equilibria with Toroidal and Poloidal Velocity Fields: Tokamak Relevant Configurations
我们分析了一个轴对称平衡的等离子体赋予环向和极向的速度场，其目的是表征的整体运动的形态上的磁约束的影响。我们构造我们的配置假设的极向速度场是对齐的极向磁场线，此外，我们要求等离子体质量密度依赖于磁通量函数（或等效地，等离子体流体是不可压缩的）。然后，我们推导出一种梯度Shafranov方程，这样的平衡，并将其实施到托卡马克相关的情况下，特别是参考TCV的配置文件。本研究的主要结果涉及的出现，在配置相关的双零配置文件，一个封闭的表面的零压力incorporating两个X点的磁配置。这种情况表明，可能存在一个新的制度的等离子体平衡，相应的改善等离子体约束附近的X点和随之而来的减少功率转移到托卡马克偏滤器。
2021-07-30 physics.plasm-ph
Ultra Long Turbulent Eddies, Magnetic Topology, and the Triggering of Internal Transport Barriers in Tokamaks
托卡马克等离子体的局部非线性回旋动力学模拟表明，当磁场切变很小时，湍流涡旋可以沿磁场线延伸数百个极向圈。通过准确地模拟不同的场线拓扑结构（例如低阶，几乎合理的，或不合理的安全系数），我们表明，这种“超长”的涡流的并行自相互作用可以显着减少热传输。这揭示了新的策略，以提高约束，构成实验可检验的预测，并阐明了过去的观察内部传输障碍。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Avoiding Tokamak disruptions by applying static magnetic fields that align locked modes with stabilizing wave-driven currents
非旋转（“锁定”）磁岛通常导致托卡马克等离子体中约束的完全丧失，称为重大破坏。在这里，通过施加三维磁场和注入毫米波的组合，锁定的岛屿第一次被抑制。所施加的场用于控制锁定的相位，并且因此将岛O点与注入的波产生无感电流的区域对准。这导致锁定岛的稳定，中断避免，恢复高约束和高压，根据预期的依赖波功率和O点和驱动电流之间的相对相位。
2015-10-29 physics.plasm-ph
SPARC Tokamak Error Field Expectations and Physics-Based Correction Coil Design
Columbia University（哥伦比亚大学）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
SPARC环形磁体通过基于物理的校正线圈设计，实现高效误差场校正和抑制边缘局域模，确保高场运行稳定性。
2026-01-18 physics.plasm-ph
Escape patterns due to ergodic magnetic limiters in tokamaks with reversed magnetic shear
在这项工作中，我们研究了遍历磁限制器（EML）的作用，从一个混乱的散射过程的角度来看，考虑到所谓的出口盆地，或在混乱的区域中的点集，起源于在一些指定的区域击中墙壁的磁力线。我们将托卡马克壁分成三个等极向角长的区域，对应于混沌场线的不同出口。为了获得出口盆地，我们使用了一个小的矩形，其中包括一个代表性的部分附近的混乱区域的壁内选择的细网格。由此得到了反向磁剪切托卡马克壁的出口盆地。非扭曲映射描述了扰动磁场线与两个孪生磁岛链及其附近的混沌场线。对于具有固定螺旋度的扰动共振磁场，观测到的逃逸图样随扰动强度的变化而变化。
2004-08-18 physics.plasm-ph
Electric field induced by radial redistribution of the energetic ion pressure in a fusion plasma
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究发现高能离子压力的径向分布可诱导显著电场，有助于改善聚变反应堆核心等离子体约束。
2026-01-21 physics.plasm-ph
Bayesian optimisation of poloidal field coil positions in tokamaks
针对托卡马克极向场线圈位置需平衡多目标约束的设计难题，提出采用多目标贝叶斯优化探索设计空间，该框架易用、性能更优且计算资源需求更低，为聚变设计问题提供了有前景的优化方法。
2025-07-29 physics.plasm-ph
Delineating the magnetic field line escape pattern and stickiness in a poloidally diverted tokamak
我们分析了一个哈密顿模型与五个线环，划定的托卡马克ITER的磁表面，包括类似的安全系数配置文件和X点相关的极向偏滤器的存在。非轴对称磁扰动由外部线圈增加，类似于安装在托卡马克DIII-D和将安装在ITER的校正线圈。为了显示磁场扰动对场线逃逸的影响，我们对场线微分方程进行了数值积分，得到了偏滤器板上的足迹和沉积图案。此外，我们表明，同宿纠缠描述的偏滤器板中的沉积模式，与在复杂的模拟代码中观察到的结果一致。此外，我们表明，虽然混乱的线逃脱偏滤器板，其中一些被困，许多环形圈，在复杂的结构周围的磁岛，嵌入在混乱的区域，引起所谓的粘性效应特性的混沌哈密顿系统。最后，我们引入了一个随机碰撞项的场线映射，调查由于粒子碰撞粘性的变化。在这个模型中，我们得出结论，即使减少碰撞，粘性仍然影响场线运输。
2013-11-04 physics.plasm-ph
Training and Upgrading Tokamak Power Plants with Remountable Superconducting Magnets
所有产生12 T以上磁场的高场超导体都是脆性的。尽管如此，它们可能会成为商业托卡马克的首选材料，因为托卡马克中的聚变功率密度与磁场的四次方成比例。在这里，我们建议使用强大的，韧性超导体在反应堆调试阶段，以避免脆性磁铁故障，同时正在建立操作安全裕度。在这里，我们使用PROCESS系统代码为发展战略提供信息，并提供详细的资本成本最小化的托卡马克发电厂设计。我们建议建立一个“示范”托卡马克与电功率输出为100 MWe，等离子体聚变增益Qplasma = 17，净增益Qnet = 1.3，电力成本（COE）的1148美元（2021美元）每兆瓦时（在75%的可用性）和高温超导运行TF磁铁产生5.4 T的轴上和12.5 T的峰值磁场。它使用Nb-Ti训练磁铁，成本约为97.5亿美元（2021年美国）。一个500 MWe的电站的COE为每MW 608美元，这表明大型托卡马克可能最终主导商业市场。我们考虑了一系列针对资本成本进行优化的设计（因为所考虑的反应堆是中试工厂），包括100 MWe和500 MWe工厂，每种磁体都有两种方法：培训和升级。通过培训磁铁，该工厂对REBCO TF磁铁进行了成本优化。对于100 MWe电厂，Nb-Ti训练磁体通常在环向场线圈上产生与REBCO磁体相比70%的峰值磁场，在中心螺线管上产生65%的峰值磁场，并且成本约为100 MW。机器总成本的10%。原则上，训练磁体…
2022-05-09 cond-mat.supr-con physics.plasm-ph
A High-order piecewise field-aligned triangular finite element method for electromagnetic gyrokinetic particle simulations of tokamak plasmas with open field lines
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Max Planck Computing and Data Facility（马克斯·普朗克计算与数据设施）
本文提出一种高阶分段场对齐三角有限元方法，用于高效模拟托卡马克等离子体中的电磁旋磁粒子-网格问题。
2026-02-03 physics.plasm-ph
