Interactions Between Two Magnetized Plasma Pressure Filaments: Drift-Alfvén Modes and Transport
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；General Atomics（通用原子能公司）
实验研究磁化等离子体压力丝状结构间距对漂移-阿尔文模耦合与输运的影响，发现间距小于无碰撞趋肤深度时发生强耦合与电荷能量转移。
2026-09-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Gyrokinetic ion and drift kinetic electron model for electromagnetic simulation in the toroidal geometry
电子的动力学效应对长波长磁流体动力学（MHD）不稳定性和短波长漂移Alfvenic不稳定性都很重要，因为非绝热电子可以与低频不稳定性相互作用，改变和驱动低频不稳定性。提出了一种新的守恒分裂权方法，用于托卡马克等离子体中漂移动力学电子的电磁场模拟，该方法在不牺牲物理特性的前提下，不受垂直网格尺寸对电子趋肤深度的数值约束，具有很大的计算优势.利用该模型验证了动力学Alfven波和无碰撞撕裂模的存在，并已将其应用于GTC程序中。该模型将用于微撕裂模和基于第一性原理的新经典撕裂模的模拟。
2017-02-05 physics.plasm-ph
Comment on "Electromagnetic Global Gyrokinetic Simulation of Shear Alfven Wave Dynamics in Tokamak Plasmas" [Phys. Plasmas 14, 042503 (2007)]
这一评论澄清了最近发表的一篇文章[Phys.Plasmas 14，042503（2007）]中的研究与其他先前的出版物的关系，这些出版物解决了在回旋运动模拟中包含电磁和漂移动力学电子物理学，提出了与在具有磁剪切的系统中包含动力学电子有关的问题，并且讨论了在面对其中描述的算法的一般适用性的重要限制时的替代方案。
2007-10-26 physics.plasm-ph
AWECS: A Linear Gyrokinetic Delta-f Particle-in-Cell Simulation Code for the Study of Alfvenic Instabilities in High-Beta Tokamak Plasmas
开发了一个一维线性回旋动力学程序AWECS，用于研究高β托卡马克等离子体中Alfvenic不稳定性的动力学激发，β为热压力与磁压力之比。它旨在描述与广泛的频率和波长相关的物理学。例如，AWECS能够模拟动力学气球模式，阿尔芬离子温度梯度驱动模式，以及由于高能粒子的阿尔芬不稳定性。此外，AWECS可用于研究低β区的漂移-阿尔芬不稳定性。在这里，代码的布局和所使用的数值方法进行了说明。AWECS是基准对其他代码和收敛性研究进行。
2008-06-27 physics.plasm-ph
Analysis of the nonlinear dynamics of a chirping-frequency Alfvén mode in a Tokamak equilibrium
本研究针对燃烧托卡马克中具有潜在危害的扫频阿尔文模，通过含磁矩和初始粒子坐标两个运动常数的粒子模拟，分析单环模数扫频模的非线性演化，揭示了频率扫频通过共振区向内漂移延迟驱动耗尽的机制。
2021-12-06 physics.plasm-ph
Relation between current sheets and vortex sheets in stationary incompressible MHD
磁流体动力学位形具有强烈的局部电流集中和涡旋，对空间和天体物理等离子体中的能量耗散起着重要作用。在这项工作中，我们调查的电流片和涡片之间的关系，在不可压缩的，固定的平衡。对于这种方法，磁流体静力学和静态不可压缩流体力学的类似数学结构允许我们将静态平衡转化为静态平衡，这是有帮助的。这种变换的主要控制函数是阿尔芬马赫数M_A的分布，它沿着磁场线总是恒定的，但可以从一个场线到另一个场线变化。在M_A为常数的情况下，涡流和电流浓度是平行的.更有趣的是非线性的情况，其中M_A垂直于场线变化。这是边界层的典型情况，如磁层顶、日球层顶、绕着盔状流光流动的太阳风和太阳冕洞的边界。相应的海流面和涡面在某些情况下也显示出一条直线，但不是在每种情况下。对于二维的特殊密度分布，可能有流而没有涡面。考虑到小Alfven马赫数的限制，在二维场对准流中，没有强流面也可以存在涡面。如果Alfven马赫数（几乎）恒定，并且在某些边界层上密度梯度很大，则电流片可以消失。需要强调的是，所用理论不仅适用于小Alfven马赫数M_A<<1，而且适用于M_A~1。与其他理论方法和观测的联系以及空间等离子体中的物理效应。给出了流面和涡面理论研究的不同之处。
2012-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Sensitivity of alpha-particle-driven Alfven eigenmodes to q-profile variation in ITER scenarios
一个微扰混合理想MHD/漂移动力学的方法来评估α粒子驱动的阿尔芬本征模燃烧等离子体的稳定性是用来表明，某些预见的ITER的情况下，即IP = 15 MA基线的情况下，非常低和广泛的核心磁剪切，是敏感的背景磁平衡的微小变化。轻微的变化（1%的顺序）轴上的安全系数值被认为是导致大的变化的增长率，环形模式数，和径向位置的最不稳定的eigenmodesfound. The观察到的灵敏度示出从非常低的磁剪切值达到整个等离子体核心，提高问题的可靠预测α粒子运输燃烧等离子体。
2016-04-21 physics.plasm-ph
Dust vortex flow analysis in weakly magnetized plasma
本文分析了弱磁化等离子体中驱动尘埃涡旋的流动。应用二维流体动力学模型对非均匀磁场中的受限尘埃云进行数值模拟，在不存在任何非保守场或尘埃电荷变化的情况下，恢复了保守力场驱动下的尘埃涡旋流动。虽然分析中包含的与时间无关的电场和磁场提供了保守的强迫机制，但当[M. Puttscher和A. Melzer，Physics of Plasmas，21，123704（2014）]，尘埃涡旋流解被示出为被恢复。我们已经研究了由电子E*B漂移产生的极化产生的纯双极电场驱动尘埃流的情况。剪切E*B漂移流由磁场梯度促进，在没有离子阻力的情况下驱动涡流。分析了不同磁场强度、磁场梯度和尘埃流体运动粘度下的流函数解析解。B场梯度的效果进行了分析，对比的E场梯度存在于等离子体鞘。
2020-06-03 physics.plasm-ph
Impurity transport in plasma edge turbulence
研究了少数组分/杂质在二维漂移波湍流和三维环形漂移Alfven边缘湍流中的湍流输运。垂直和-在3D -平行平流的全部效果保留的杂质物种。反常的箍缩效应被恢复，并用湍流等分带（TEP）解释
2004-10-14 physics.plasm-ph
Coupling of acoustic and drift modes, harmonic modons in astrophysical dusty plasma and a new mode in the Comet Halley
本文从理论上研究了有界非均匀尘埃等离子体中声波和漂移波的线性和非线性特性，这在空间和实验室环境中具有潜在的应用价值。在该分析中，假设所有等离子体粒子的流动沿着轴向方向，而速度梯度被认为是沿着径向方向。首先，我们研究耦合的尘埃修改离子声波（DMA）和漂移（DMD）波（线性分析）在快速的时间时，尘埃的动力学保持不活跃，后来形成的非线性涡旋状结构的检查。第二种情况是在慢时尘埃参与动力学，研究了超低频尘埃声波（UDA）和尘埃漂移波（ULD）之间的耦合，并在非线性分析中得到了类模态解。用解析和数值方法研究了具有比偶极涡旋高的方位谐波的涡旋解的存在性。后来，我们扩展我们的分析，以考虑应用程序的尘埃粒子的存在，在彗星哈雷和热带中层尘埃等离子体，在较早的情况下，我们报告说，意外的彗星哈雷等离子体承认一个新的模式，在背景中的尘埃的存在没有任何影响，这种模式是类似的对流细胞模式，静电漂移（ExB）抵消，密度梯度也由于负离子的存在而消失，并且只有极化漂移对该模式有贡献。对于这种模式的线性分析，没有观察到耦合，但这对流细胞模式的演变，而这种模式的非线性动力学被发现服从涡状解。
2022-02-16 physics.plasm-ph
On the linear structure of the interlaced Alfvén vortices in the tail of Uranus at solstice
本研究针对天王星至日磁尾中的交错阿尔文涡旋，在理想磁流体动力学框架下推导其中心附近流动的线性结构，并用于解读快速自转天王星型行星3D模拟中的涡旋特征。
2025-03-19 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Numerical study of the magnetic electron drift vortex mode turbulence in a nonuniform magnetoplasma
本文模拟研究了在等离子体温度和密度以及外加磁场存在不均匀性的情况下磁等离子体中磁电子漂移涡旋（MEDV）模的湍流。研究表明，磁场的不均匀性的影响是抑制流光状结构观察到在以前的模拟研究没有背景磁场。的MEDV模式湍流表现出非通用（非柯尔莫哥洛夫型）的等离子体参数的不同设置的光谱。在存在不均匀磁场的情况下，频谱变为7/3幂律，这比没有磁场梯度的情况更平坦。这项工作的相关性，在实验室中的激光产生的等离子体被简要提及。
2009-06-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The Maintenance of Coherent Vortex Topology by Lagrangian Chaos in Drift-Rossby Wave Turbulence
提出“位涡桶队接力”机制，通过随机拉格朗日表示和近可积性，解释并验证了非均匀混合如何增强磁约束聚变等离子体等系统中涡旋结构的韧性。
2024-06-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Simulations of 2D magnetic electron drift vortex mode turbulence in plasmas
对非均匀非磁化等离子体中非线性相互作用的二维磁电子漂移涡旋（MEDV）模式的湍流特性进行了模拟研究。控制MEDV模式动力学的相关非线性方程是在存在平衡密度和温度梯度的情况下的波磁场和电子温度扰动。重要的非线性来自电子流速度扰动和电子温度的平流，以及来自非线性电子洛伦兹力。非线性MEDV模式的控制方程的计算机模拟揭示了产生的流光状的电子流，使得在不均匀性的方向上的相应的梯度趋于平坦。相比之下，正交方向上的梯度变化迅速。因此，在衰减的MEDV模式湍流的惯性范围内的能量谱表现出更陡峭的各向异性谱指数。MEDV模湍流中的磁结构在我们的非均匀等离子体中产生非热电子输运。
2008-05-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Linear Vlasov theory of a magnetised, thermally stratified atmosphere
一个无碰撞，磁化等离子体局部对流扰动的稳定性进行检查，重点是动力学和有限拉莫尔半径的影响。具体的应用是在星系团的外围，其中含有热而稀薄的等离子体，其温度在重力方向上增加。在长波长（“漂移动力学”限制），我们得到的动力学版本的磁热不稳定性（MTI）和Alfvénic对应（Alfvénic MTI），这是以前发现和分析使用磁流体（即Braginskii）的描述。在亚离子拉莫尔尺度下，我们发现了由动力学阿尔文漂移波的电子温度梯度驱动的超稳定性-电子MTI（eMTI）-其增长率甚至大于标准MTI。在中等尺度下，我们发现离子有限拉莫尔半径效应倾向于稳定等离子体。我们详细讨论了这些不稳定性的物理解释，并将它们与以前在碰撞等离子体中磁化对流的工作进行了比较，并与磁约束聚变界熟知的温度梯度驱动漂移波不稳定性进行了比较。同时驱动不稳定的相同的温度梯度的流体和动力学尺度的影响进行了简要讨论。
2016-08-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dynamics of vortices and drift waves: a point vortex model
本文用点涡模型研究了存在横波或纵波时局部涡与波的复杂相互作用。这个简单的模型展示了丰富的动力学行为，包括偶极的振荡、两个类似环流涡旋的分裂和合并以及混乱。该模型的分析和数值结果已被发现在某些条件下预测，更复杂的复杂系统的行为，如查尼-长谷川-Mima方程的涡，其中波的存在强烈影响大的相干结构的演变。
2013-01-16 nlin.CD physics.class-ph physics.plasm-ph
The role of coherent vorticity in turbulent transport in resistive drift-wave turbulence
相干涡提取方法是一种从湍流中提取相干涡的小波技术，本文将其应用于磁化等离子体（长谷川-若谷系统）中电阻漂移波湍流的数值模拟。目的是只保留必要的自由度，负责运输。结果表明，径向密度通量是由这些相干模携带的。在准流体动力学制度，相干涡表现出耗尽的极化漂移非线性和涡强烈主导应变，在对比的quasiadiabatic制度。
2011-11-29 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of toroidal Alfven eigenmode (TAE) turbulence
针对环向阿尔芬本征模（TAE）影响聚变等离子体性能的问题，本研究采用全回旋动理学方法，明确了TAE的驱动机制与饱和关键因素，并发现其非线性拍频现象或有助于托卡马克中的TAE探测。
2024-04-29 physics.plasm-ph
Clumps in the Resistive-Drift-Wave turbulence
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究通过数值模拟发现，当电子绝热参数较小时，电阻漂移波湍流主导由涡旋构成，涡旋偶极子可远距离传播并捕获等离子体密度，揭示了湍流非局部输运特性。
2026-03-25 physics.plasm-ph
Inertial-Range Kinetic Turbulence in Pressure-Anisotropic Astrophysical Plasmas
本文提出了一个无碰撞、多组分等离子体中低频电磁（漂移）动力学湍流的理论框架。结果概括了压力各向异性等离子体的简化磁流体动力学（RMHD）和动力学RMHD（Schekochihin等人，2009年），允许物种漂移-一种在太阳风中经常遇到的情况，并且可能在热稀释天体物理等离子体（例如，团内介质）中普遍存在。实现了两个主要目标。首先，在非麦克斯韦等离子体中，波动场之间的关系（例如，阿尔芬比）的阶数单位修正相比，更普遍认为麦克斯韦的情况下，因此，定量理论的发展，以支持定量测量，现在可能在太阳风。低频等离子体湍流的主要物理特征生存的概括非麦克斯韦分布：阿尔文和压缩波动大力解耦，后者被动平流前者;阿尔文级联是流体，满足RMHD方程（与阿尔文速度修改的压力各向异性和物种漂移），而压缩级联是动力学和受碰撞阻尼。其次，这种湍流的组织原则阐明的形式的广义动能自由能不变。结果表明，非麦克斯韦功能的分布函数中的相混合的速率和磁应力的功效降低，这些变化的影响之间的各种级联通道的自由能的分区。当接近水龙带或镜不稳定性阈值时，等离子体的动力学被修改，以减少弯曲磁场线或压缩/稀疏它们的能量成本。最后，它表明，这个理论可以推导出作为一个长波长限制的非麦克斯韦板条陀螺。
2015-06-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Anti-ExB flow field associated with a vortex formation in a partially ionized plasma
为了研究部分电离等离子体中的等离子体动力学，对高密度磁化等离子体进行了研究。离子流场已获得实验，并显示与涡流的形成。最显著的结果是旋转方向与ExB漂移方向相反。中性粒子密度分布的测量结果表明，涡旋周围的中性粒子密度梯度很陡，表明中性粒子的向内动量是由密度梯度引起的。动量通过电荷交换碰撞传递给离子，并在离子上产生有效力。实验结果表明，这种有效力可以支配双极电场，驱动离子的反ExB涡旋运动。
2004-10-22 physics.plasm-ph
Proton Acceleration in a Laser-induced Relativistic Electron Vortex
我们表明，当一个固体等离子体箔的前表面上的密度梯度是由一个强的激光脉冲在掠射角照射，约80度，相对论电子涡被激发在近临界密度层后的激光脉冲耗尽。涡结构和动力学研究使用粒子在细胞模拟。由于不均匀的背景密度引入的不对称性，涡旋以恒定的速度漂移，通常是光速的0.2至0.3倍。涡旋内部的强磁场导致显著的电荷分离;在相应的电场中，最初静止的质子可以被捕获并加速到涡旋速度的两倍（100 - 200 MeV）。我们讨论了一个典型的情况--激光强度为10^21 W/cm ^2--：二维模拟表明，可以获得平均能量为140 MeV、能量扩展约为10%的准单能质子束。我们推导出一个分析估计的涡旋速度的激光和等离子体参数，表明最大的质子能量可以控制的入射角的激光和等离子体密度梯度。
2019-07-17 physics.plasm-ph
Correlation length scalings in fusion edge plasma turbulence computations
通过漂移-阿尔芬湍流计算，分析了等离子体参数变化对涨落关联长度的影响，这些参数变化是熔合边等离子体L-H跃迁附近或处的特征。缩放密度梯度长度，碰撞，等离子体β，并施加剪切流被认为是。研究发现，强剪切流导致平行于和垂直于磁场的静电势涨落出现长程关联。
2011-09-09 physics.plasm-ph
The Breakdown of Alfven's Theorem in Ideal Plasma Flows
本文给出了理想等离子体磁通量守恒被非线性效应破坏的严格结果和物理理论。我们的分析是基于一个有效的磁流体动力学（MHD）模式在长度尺度$>\ell,$与较小的尺度消除，在重整化群方法。我们证明，通量守恒可以违反一个任意小的长度尺度$\ell,$，在没有任何非理想性，但只有当奇异电流片和涡片都存在，并相交于集足够大的尺寸。这一结果为快速湍流重联理论提供了分析支持和严格约束。在数学上，我们的定理类似于Onsager关于水动力湍流中能量耗散异常的结果。作为一种物理现象，理想磁流体中磁通量守恒的破坏类似于通过窄超导环的磁通量的衰减，由量子化磁通线的相位滑移引起。在数值MHD模拟和实验室等离子体实验中，在中等高的磁雷诺数的效果应该是可观察到的。
2006-07-09 astro-ph cond-mat.supr-con physics.plasm-ph
Numerical study of vortices within a background vortex
本研究利用二维理想流体与二维非中性等离子体的类比，通过自适应细化轮廓动力学模拟背景涡旋内涡旋动力学，并与彭宁-马尔姆伯格阱实验对比，发现一致性与差异。
2025-01-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Dynamics of Fully Nonlinear Drift Wave-Zonal Flow Turbulence System in Plasmas
本文对非均匀磁等离子体中的完全非线性漂移波带流（DW-ZF）湍流系统进行了数值模拟。在我们的模型中，漂移波（DW）动力学是伪三维（伪3D）和帐户之间的自相互作用有限振幅DW和他们的耦合到二维（2D）大振幅纬向流（ZF）。在伪3D DW的雷诺应力的存在下，2D ZF的动力学由驱动欧拉方程支配。完全非线性耦合DW-ZF方程的数值模拟表明，短尺度DW湍流导致非线性饱和偶极涡，而ZF集自发地，并由单极涡结构占主导地位。发现ZFs抑制了交叉场湍流粒子输运。目前的研究结果提供了一个更好的模型，了解共存的短期和大规模的相干结构，以及相关的制服交叉场粒子输运磁约束聚变等离子体。
2009-10-15 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Conservative regularization of neutral fluids and plasmas
理想的方程组（例如欧拉方程和磁流体力学）可能会产生奇异结构，例如冲击、涡流/流片。其中，涡奇异性的出现是由于涡的拉伸，这可能会导致无限增长的拟能。粘性和电阻率提供了这些奇异性的耗散正则化。与一维无粘Burgers方程的色散KdV正则化类似，我们提出了理想三维可压缩流、MHD和2流体等离子体的局部守恒正则化（具有低耗散高涡度流的潜在应用）。正则化涉及到在速度方程中引入一个涡旋“旋度”项ω 2 w x旋度w。截止长度λ必须与密度的平方根成反比，以确保“漩涡”能量的守恒。后者包括积极的动力，压缩，磁和涡的贡献，从而导致先验的界限拟能。扩展到2流体等离子体涉及额外的磁'旋转'条款的离子和电子速度方程和螺线管除了电流安培定律。以涡旋能为哈密顿量，建立了一个哈密顿-泊松括号公式。我们还建立了旋转正则化的极小性质。一个旋流速度场被示出为传输涡流和磁通量管以及W/ρ和B/ρ，从而推广了Kelvin-Helmholtz和Alfven定理。用定常正则化方程模拟了旋转涡、磁流体夹点和涡面。我们的正则化可以方便的数值模拟和统计处理的涡流和电流丝在3D。最后，我们简要地描述了一个保守的正则化的冲击类奇点在可压缩流推广KdV和非线性薛定谔方程的绝热动力学的气体在3D中。
2020-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
