Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
采用全局电磁回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了磁约束等离子体中Alfvén模（AM）与离子温度梯度（ITG）湍流之间的自洽相互作用.在这里，一个轴对称的磁平衡与反向剪切和大的纵横比被认为是。通过引入超热离子群，使环模数n=5的AM不稳定。一旦AM在充分发展的湍流的存在下饱和，离子热通量由AM及其主要谐波主导。ITG诱导的运输也被发现在不稳定的AM的存在下增强。
2019-12-19 physics.plasm-ph
Development of a gyrokinetic-MHD energetic particle simulation code Part II: Linear simulations of Alfvén eigenmodes driven by energetic particles
本文开发了混合程序GMEC，结合场向坐标、有限差分、龙格-库塔法和PIC方法，成功实现了托卡马克中高能粒子驱动的环形及反剪切阿尔芬本征模线性模拟验证。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic modelling of the Alfvén mode activity in ASDEX Upgrade with an isotropic slowing-down fast-particle distribution
在本文中，阿尔文模式的演变研究在一个现实的ASDEX升级平衡通过分析与全球，电磁，gyrokinetic粒子在细胞代码ORB 5的模拟结果。高能粒子的建模都通过新实施的各向同性减速和麦克斯韦分布函数。数值结果的比较表明，建模的高能粒子与等效麦克斯韦，而不是与减速，不影响驱动阿尔文模式的频率，而其增长率似乎被低估了一个数量的差异高达近30%。此外，各向同性慢化的选择允许一个更好的描述的非线性修改的主要阿尔文模式的频率，而一个等效的麦克斯韦低估它。
2022-03-01 physics.plasm-ph
Gyrokinetic turbulent transport simulations on steady burning condition in D-T-He plasmas
National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Sciences（国立研究开发法人 国立科学研究所 核聚变科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies（高等研究院）；PRESTO, Japan Science and Technology Agency（日本科学技术振兴机构 PRESTO项目）；Graduate School of Engineering, Kyoto University（京都大学 工学研究科）
本文通过反磁动力学-Vlasov模拟研究了D-T-He等离子体中由ITG和TEM驱动的湍流输运，揭示了稳态燃烧条件下粒子流的不平衡现象，并首次识别了满足Reiter条件的剖面状态。
2026-02-26 physics.plasm-ph
The Structure of Plasma Heating in Gyrokinetic Alfvénic Turbulence
我们分析等离子体加热弱碰撞动力学阿尔文波（KAW）湍流使用高分辨率gyrokinetic模拟跨越离子和电子gyroradii之间的尺度范围。具有高于平均加热速率的真实空间结构被示出为不限于当前片。这一新的结果与以前的研究不一致，以前的研究使用局部电子流体框架中的电磁功，即$\mathbf{J} \!\cdot\! (\mathbf{E} + \mathbf{v}_e\times\mathbf{B})$，作为湍流耗散的代理，认为加热遵循电流的间歇性空间结构。此外，我们表明，电子主要由平行加热，而离子更喜欢垂直加热路线。我们评论的影响，在这里提出的结果。
2016-11-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the nonlinear interaction of Alfvén instabilities and energetic-particle driven geodesic acoustic modes
本研究基于ASDEX Upgrade真实平衡位形，用ORB5代码开展陀螺动力学模拟，探究高能粒子驱动的阿尔芬模与测地声模带状结构的非线性相互作用，发现两种浓度区间的不稳定特性差异，并通过三波耦合机制给出理论解释。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Linear and nonlinear benchmark of gyrokinetic simulation of energetic particle driven toroidal Alfven eigenmodes in ITPA TAE benchmark case
Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Science（中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
本文在ITPA TAE基准案例中对TEK代码开展线性与非线性基准测试，其非线性结果与解析理论吻合，为未来代码间非线性基准提供了数据。
2026-08-10 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
利用自洽的全局回旋动力学方法和解析理论，研究了离子温度梯度湍流中高能粒子（EP）驱动的β诱导Alfvén本征模（BAE）的非线性动力学行为.本文研究了具有大纵横比和反向剪切的托卡马克磁平衡。以前对这种结构的研究表明，在没有湍流的情况下，电子种类在确定BAE的非线性饱和水平方面起着重要作用[A. Biancalani等人，（2020）]。在这里，我们将研究扩展到湍流等离子体。的EP被发现修改的热通量通过引入能量在大的空间尺度，主要是在占主导地位的BAE及其谐波的环形模式数。在这一制度下，BAE被发现进行强电子热通量。BAE引起的温度分布的全球松弛的反馈，以及湍流动力学，也进行了讨论。
2020-10-19 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Stability of Electron-Positron-Ion Plasmas
在平板几何条件下研究了离子（质子）混合污染的正负电子等离子体的回旋动力学稳定性。推导并求解了相应的色散关系。考虑了离子温度梯度驱动的不稳定性、电子温度梯度驱动的不稳定性、普适模和剪切阿尔芬波。污染的等离子体保持稳定，如果污染程度低于某个阈值，它被发现，剪切阿尔芬波可以存在于污染的等离子体中的情况下，它是不存在的离子污染。
2017-09-14 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of toroidal Alfvén eigenmode saturation via nonlinear wave-wave coupling
本文证明了非线性回旋动理学理论是研究聚变等离子体中环向 Alfvén 本征模（TAE）非线性波波耦合过程（如带状场激发、频率级联和跨尺度耦合）的必要工具。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Multiscale nature of the dissipation range in gyrokinetic simulations of Alfvénic turbulence
在第一个回旋动力学模拟中，分析了从MHD范围的尾部到电子回旋半径尺度的所有尺度上Alfvén波湍流中的非线性能量传递和耗散。对于典型的太阳风参数在1 AU，约30%的非线性能量传递接近电子回旋半径尺度介导的模式在尾部的MHD级联。碰撞耗散发生在整个动力学范围$k_\perpρ_i\gtrsim 1$。因此，这两种机制都作用于多个耦合尺度上，为了全面了解Alfvénic湍流中的耗散范围，必须保留这些尺度。
2015-07-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Excitation of low-n TAE instabilities by energetic particles in global gyrokinetic tokamak plasmas
首次对高能粒子激发超环面Alfven本征模（TAE）进行了线性全局电磁回旋粒子模拟。随着高能粒子压力的增加，TAE频率向下移动到较低的连续谱中。
2008-12-22 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
An E & B Gyrokinetic Simulation Model for Kinetic Alfvén Waves inTokamak Plasmas
回旋粒子模拟是研究托卡马克等离子体中输运、非线性现象和高能粒子物理的有力工具。虽然大多数陀螺动力学模拟都使用标量和矢量势，但通过使用一般和全面形式的E和B场开发了一种新模型（GK-E&B），并已用于模拟均匀等离子体中的动力学Alfvén波[Chen et al，Science China Phys. Mechanics & Astronomy 64（2021）]。在我们的工作中，Chen等人的GK-E&B模型已经在一般托卡马克几何中明确地使用特定坐标表示。数值结果与Chen等人的工作吻合较好，理论色散关系与局部螺旋箍缩模型的数值结果吻合较好。数值结果表明，在一个现实的参数制度的燃烧等离子体在高值的$β/( M_e k_\perp^2 ρ_i^2)$，这是传统的方法，由于"取消“的问题具有挑战性的优异性能。作为一个应用，GK-E&B模型在局部极限中用动力学电子实现。在匹配ITPA-TAE参数的情况下，数值结果表明GK-E&B能处理实际托卡马克等离子体参数的平行电子朗道阻尼。作为另一个应用，GK-E&B模型的实施与占主导地位的电子贡献$E_\|$在冷电子限制。它的能力，在模拟有限的$E_\|$由于有限的电子质量被证明。
2021-11-11 physics.plasm-ph
Nonlinear energy transfer and current sheet development in localized Alfven wavepacket collisions in the strong turbulence limit
在空间和天体物理等离子体中，湍流负责将能量从由剧烈事件或不稳定性驱动的大尺度转移到较小尺度，在较小尺度处湍流能量最终通过耗散机制转化为等离子体热。对向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用，表示阿尔芬波碰撞，驱动这个湍流能量级联，早期的工作与不可压缩磁流体动力学（MHD）方程。最近的工作采用的分析计算和非线性gyrokinetic模拟阿尔芬波碰撞在一个理想化的周期性初始状态已经证明了强阿尔芬波碰撞有效地调解能量转移到较小的垂直尺度和自洽地产生电流片的关键属性。对于两个最初分离的阿尔芬波包之间的碰撞更现实的情况下，我们使用非线性gyrokinetic模拟在这里显示，这些关键属性持续存在：强阿尔芬波包碰撞确实促进了能量的垂直级联，并产生电流片。此外，演变表明，非线性相互作用只发生在波包重叠，然后是一个干净的分离波包与直均匀磁场和非线性演化的停止之间的碰撞，即使在这里提出的gyrokinetic模拟解决色散和动力学效应超出了MHD理论的范围。
2017-05-23 physics.plasm-ph
Gyrokinetic global simulation of Alfvenic ion temperature gradient mode in reversed magnetic shear
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）
使用陀动理学粒子-网格模拟系统研究了反向磁剪切磁约束聚变等离子体中由温度梯度驱动的电磁不稳定性，识别出一种弱剪切阿尔芬离子温度梯度模（WSAITG），并发现其由通行粒子共振驱动。
2026-05-29 physics.plasm-ph
Prediction of Performance and Turbulence in ITER Burning Plasmas via Nonlinear Gyrokinetic Profile Prediction
本研究利用CGYRO代码和代理模型加速的非线性回转动理学模拟，预测了ITER基线方案下的等离子体分布与能量约束，发现其满足聚变目标，并揭示了微弱的同位素效应及通过降低辅助功率实现高增益的潜力。
2024-04-25 physics.plasm-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
Pullback transformation in gyrokinetic electromagnetic simulations
结果表明，一个相当大的改善，在全球陀螺运动的电磁模拟，可以实现通过稍微修改的模拟方案。新方案得到了验证，模拟了托卡马克几何结构中的环形Alfvén本征模在低垂直模数，所谓的“MHD极限”。此外，电磁漂移模式已成功地模拟在仿星器。
2014-07-15 physics.plasm-ph
Full $f$ and $δf$ gyrokinetic particle simulations of Alfvén waves and energetic particle physics
在这项工作中，我们专注于发展的粒子在细胞计划和应用的研究阿尔文波和高能粒子物理在托卡马克等离子体。采用混合变量和电磁问题的拉回格式，在相同的基础上建立了$δf$和全$f$格式。TRIMEG-GKX代码[Lu等人，J. Comput. Phys. 440（2021）110384]已使用三次样条有限元和完整的$f$和$δf$方案进行升级。针对ITPA-TAE情况模拟了EP驱动的TAE，ITPA-TAE的特征在于小的电子趋肤深度$\sim 1.18\times10^{-3}\;{\rm m}$，这是电磁模拟的一个具有挑战性的参数范围，特别是对于完整的$f$模型。使用$δf$方案的仿真结果与以前的工作是一致的。对于全$f$和$δf$方案都观察到混合变量/拉回方案的优异性能。混合全$f$ EP和$δf$电子和热离子的模拟表明，这种新的方案在减轻噪声水平的良好功能。完整的$f$方案是EP物理研究的自然选择，它允许EP剖面和分布在速度空间中的大的变化，为动力学研究提供了一个强大的工具，使用与间歇和瞬态等离子体活动有关的现实实验分布。
2022-10-09 physics.plasm-ph
Verification of long wavelength electromagnetic modes with a gyrokinetic-fluid hybrid model in the XGC code
作为动力学电子的替代选择，回旋动力学总f粒子单元（PIC）代码XGC 1已经通过将回旋动力学PIC离子与无质量漂移流体电子相结合而扩展到MHD/流体类型电磁区域，类似于Chen和Parker，Physics of Plasmas 8，441（2001）。两个代表性的长波长模式，剪切阿尔文波和电阻撕裂模式，在圆柱形和环形磁场的几何形状进行了验证。
2017-02-16 physics.plasm-ph
Numerical validation of the electromagnetic gyrokinetic code NEMORB on global axisymmetric modes
这是一份关于用陀螺动力学程序NEMORB与解析理论和其他程序对全局模式（即低极向模式数）进行无碰撞模拟的比较报告。仅考虑轴对称模式，即环形模式数n=0，以及平坦的平衡剖面。对当地的分析理论进行基准的GAM。在高能离子的存在下，NEMORB的本地基准进行半拉格朗日陀螺动力学代码GYSELA。在很低的β下，比较了绝热模型、俘获动力学模型和完全动力学模型以及静电模型和电磁模型。Alfven模式的缩放也被提出。
2013-12-04 physics.plasm-ph
Gyrokinetic particle-in-cell simulations of electromagnetic turbulence in the presence of fast particles and global modes
本文利用回旋粒子格子程序ORB 5（E. Lanti等人，Comp.Phys.Comm.，${\bf 251}$，107072（2020））和EUTERPE（V.Kornilov等人，Phys.Plasmas，${\bf 11}$，3196（2004））。模拟这种复杂的耦合系统的计算可行性证明。
2022-03-22 physics.plasm-ph
First global gyrokinetic profile predictions of ITER burning plasma
首次用GENE-Tango对15 MA ITER基准情景进行全局回旋动理学模拟，预测聚变增益Q=12.2，发现电磁模式主导芯部输运，安全因子分布对约束至关重要，带状流最终淬灭电子温度梯度湍流。
2025-11-05 physics.plasm-ph
A conservative scheme for electromagnetic simulation of magnetized plasmas with kinetic electrons
本文提出并验证了一种用于自旋粒子模拟磁化等离子体中电磁波和不稳定性的守恒格式。由漂移动力学方程导出的电子连续性方程，通过由平行矢势计算的扰动机械流，将电子密度扰动时间推进，由扰动分布函数计算的扰动正则流，求解平行矢势。在回旋粒子模拟中，利用这种新格式恢复了无剪切平板中的剪切Alfvén波频散关系和剪切柱体中的连续阻尼。新方案克服了传统微扰模拟方法对垂直网格尺寸的严格要求，即对于长波长Alfvén波，垂直网格尺寸必须与电子无碰撞趋肤深度一样小.新方案还避免了传统方法中由扰动密度计算的静电势与由扰动正则流计算的矢量势不一致而产生非物理意义上的大平行电场的问题。最后，与流体模拟相比，剪切柱体中Alfvén波的回旋粒子模拟具有更好的数值特性，流体模拟遭受与奇异模式结构相关的数值困难。
2017-12-03 physics.plasm-ph
A Gyrokinetic Simulation Model for Low Frequency Electromagnetic Fluctuations in Magnetized Plasmas
本文提出了一个新的模型，用于模拟在一般磁位形中等离子体中频率远低于离子回旋频率的电磁涨落。这个新的模型（称为GK-E&B）采用非线性陀螺方程制定的电磁场以及动量平衡方程求解领域。因此，它不仅包括动力学效应，如波粒相互作用和微观（离子拉莫尔半径尺度）物理;而且在计算上比传统的公式描述的潜力更有效。作为一个基准，我们进行线性以及非线性模拟的动力学阿尔芬波，演示物理与分析理论。
2020-11-18 physics.plasm-ph
On How Zonal Fields Suppress Reversed Shear Alfvén Eigenmode in Tokamak Plasmas
研究通过非线性模拟和理论分析揭示了zonal电流通过频率拍频抑制反剪切阿尔芬模的机制，并验证了理论与模拟的一致性。
2025-12-10 physics.plasm-ph
Comparative study of gyrokinetic, hybrid-kinetic and fully kinetic wave physics for space plasmas
一组数值求解器的线性色散关系的gyrokinetic，混合动力学，和完全动力学模型的动力学Alfvén波和快磁声模式在这些模型中的物理研究。特别是，我们专注于相关的参数，面向太阳风的应用程序（使用均匀的，各向同性的背景），其特征在于波传播角平均接近90°。结果发现，gyrokinetic模型，而缺乏高频解决方案和回旋效应，忠实地再现完全动力学阿尔文波物理接近，有时显着超出，其有效性范围的边界。混合动力学模型，另一方面，是更完整的高频波，但由于其简单的电子模型，它被发现严重低估波阻尼率，即使在离子空间尺度在很大范围内的参数，尽管包含完整的动力学离子物理。
2016-05-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on toroidal Alfvén eigenmode nonlinear decay
该研究采用非线性回旋动理学方程分析非均匀等离子体中TAE参量衰变，揭示非均匀性增强耦合并改变自发衰变判据，同时探讨其对模式饱和与高能粒子输运的意义。
2024-01-15 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Theory of Low-frequency Electromagnetic Waves in Finite-$β$ Anisotropic Plasmas
本文提出了有限$β$各向异性均匀等离子体中频率远低于离子回旋频率的电磁波和不稳定性的回旋动力学理论。这里，$β$是等离子体压力和磁压力之间的比率。分析中充分保留了有限拉莫尔半径和波粒共振引起的动力学效应。相应的线性色散关系和波的偏振，有效的一般$β$值和垂直波长，然后具体推导了双麦克斯韦等离子体。给出了动力学不稳定性判据和镜像不稳定性判据的解析表达式。模式的频率，稳定性和波偏振的一个广泛的频谱正常模式，然后在一组参数的系统研究中进行了数值研究。我们的研究清楚地表明，由于有限离子的拉莫尔半径效应，离子声波，镜像模式，和剪切阿尔芬波本质上耦合。
2022-03-24 physics.plasm-ph
A New Paradigm for Fast and Repetitive Chirping of Alfvén Eigenmodes
构造了一个新的二维非线性动力学模型，解释了在全球回旋动力学模拟中观测到的聚变等离子体中高能粒子激发的Alfvén本征模的快速重复频率啁啾和振幅振荡.在这种无碰撞相空间动力学的非微扰范例中，波粒共振相互作用导致相空间结构不断扭曲和折叠，导致阿尔文本征模的重复激发和衰减。的径向（垂直于占主导地位的波粒相互作用）依赖的模式振幅和环形进动漂移的高能粒子导致的波粒相互作用，这被发现是负责的重复过程的模式结构的形成和破坏的二维动力学。
2021-11-29 physics.plasm-ph
Verification of a hybrid gyrokinetic model using the advanced semi-Lagrange code ssV
Max-Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Centre for mathematical Plasma Astrophysics, KU Leuven（荷鲁文大学数学等离子体天体物理学中心）
ssV代码通过混合gyrokinetic模型和半拉格朗日方案验证，实现对弱磁化等离子体中不稳定性、湍流和重联的高精度模拟。
2025-05-15 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Studies of Microinstabilities in the RFP
一个解析平衡，环面贝塞尔函数模型，被用来与gyrokinetic代码GYRO一起研究在反向场箍缩（RFP）等离子体中的微不稳定性的性质。研究了归一化电子等离子体压力β对微不稳定性特性的影响。当β值约为4.5%时，离子温度梯度（ITG）驱动模和微撕裂模之间的转变成为主要的不稳定性。ITG模的抑制发生在托卡马克中，通过耦合到剪切阿尔芬波，由于较短的并联长度，稳定性的临界β高于其托卡马克等效装置。有一个陡峭的依赖性的微撕裂增长率的温度梯度表明高轮廓刚度。有证据表明存在一种无碰撞的微撕裂模式。研究了该模式的性质，发现曲率漂移在该模式的不稳定性中起着重要作用。
2013-01-19 physics.plasm-ph
Nonlinear excitation of geodesic acoustic mode by toroidal Alfvén eigenmodes and impact on plasma performance
利用非线性陀螺动力学理论研究了环形Alfvén本征模（TAE）对测地声学模（GAM）的自发非线性激发。发现非线性衰减过程依赖于热离子β值。这里，β是等离子体热磁压力比。在低β极限下，TAE在环向诱导剪切Alfvén波连续谱间隙中衰减为GAM和TAE下边带;而在高β极限下，TAE在连续谱间隙中衰减为GAM和传播动力学TAE。这两种情况下的自发衰变条件进行了研究。导出了GAM和子波的非线性饱和能级。计算了相应的能量平衡和波粒能量向热等离子体的转移。热等离子体加热的影响进行了讨论。
2019-01-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of magnetic structures in high-beta plasmas of the Earths magnetopause and of the slow solar wind
利用包含有限Larmor半径效应的回旋动力学描述，研究了由电场和磁镜力共同作用捕获共振粒子的非线性效应.一个一般的非线性解决方案，发现支持的非线性所产生的共振粒子，捕获的平行电场和磁镜力的联合行动。应用这些结果的空间等离子体的条件下，我们表明，在磁鞘等离子体中，相干非线性磁抑郁可能会产生与非线性镜模式和支持的人口的陷阱离子形成一个驼峰的分布函数。这些物体可能是孤立的，也可能是由弱相关结构组成的训练（椭圆余弦波）。在太阳风和地球磁层顶中，电子和离子温度各向异性，具有相同的数量级，我们发现了相同形式的相干磁洞，这是由于两个分支的非线性磁声模式，电子镜和场膨胀模式，也包括动力学Alfven模式，并支持的人口的捕获电子。局部磁孔可以具有平行于磁场并沿其强烈伸长的移动倾斜板或椭圆体的形式，其沿磁场传播并可以通过等离子体流在垂直方向上对流。虽然离子镜结构是纯压缩磁性的，具有可忽略的磁扭转和电场，磁声和动力学Alfven结构具有有限的静电势、磁压缩和磁扭转，但垂直和平行磁场的比率仍然很小。
2017-05-08 physics.plasm-ph
On scattering and damping of Toroidal Alfven eigenmode by drift wave turbulence
我们分析表明，在环形等离子体中，漂移波湍流散射可能会导致明显的阻尼环形阿尔芬本征模通过产生短波长电子朗道阻尼动力阿尔芬波。相应的解析表达式的阻尼率的推导，并发现，通常，可比的高能粒子的线性驱动。本文还讨论了这一新机制对燃烧等离子体输运和加热过程的影响。
2022-04-21 physics.plasm-ph
Astrophysical gyrokinetics: Turbulence in pressure-anisotropic plasmas at ion scales and beyond
我们提出了一个理论框架来描述电磁动力学湍流在多物种，磁化，压力各向异性等离子体。假设湍流波动与平均场相比是小的，相对于平均场是空间各向异性的，并且与离子回旋频率相比具有小的频率。在离子拉莫尔半径以上的尺度上，该理论简化为Kunz等人（2015）制定的动力学简化磁流体力学（KRMHD）的压力各向异性概括。在离子拉莫尔半径和以下的尺度上，实现了三个主要目标。首先，我们分析的压力各向异性gyrokinetic系统的线性响应，并表明它是一个概括以前探索的限制。压力各向异性的影响的稳定性和碰撞阻尼的Alfvenic和压缩波动的突出，注意的频谱位置和宽度的频率跳跃发生的Alfven波过渡到动力学Alfven波。其次，我们推导并讨论了一个一般的自由能守恒定律，它既捕获了长波长的KRMHD自由能守恒，又捕获了亚离子拉莫尔尺度的动力学阿尔芬波和离子熵的双重级联。我们发现，非麦克斯韦功能的分布函数中的相混合量和磁应力的效率的变化，从而影响级联通道之间的自由能的分区。第三，一个简单的模型被用来表明，压力各向异性可以导致大的变化，由于阿尔芬湍流耗散的离子-电子加热比。我们的理论提供了一个基础，以确定如何压力各向异性影响的湍流波动谱，粒子种类的差分加热，以及空间和天体物理等离子体中的平行和垂直相混合的比例。
2018-03-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Verification of a Fully Implicit Particle-in-Cell Method for the $v_\parallel$ Formalism of Electromagnetic Gyrokinetics in the XGC Code
在XGC中实现了一种全隐式的粒子网格法来处理电磁陀螺动力学的$v_\parallel$形式。通过选择$v_\parallel$ -形式主义，我们避免了在安培定律中引入非物理皮肤项，这些皮肤项是$p_\parallel$ -形式主义中众所周知的"取消问题”的原因。然而，$v_\parallel$ -形式主义，是已知的，遭受从一个数值不稳定性时，显式的时间积分方案是由于在粒子运动方程的时间导数的外观从感应分量的电场。在这里，使用传统的$δf$计划，我们证明了我们的隐式离散算法可以提供数值稳定的模拟结果与准确的色散特性。我们使用剪切阿尔文波传播的测试情况下，除了证明ITG-KBM过渡的情况下，验证该算法。ITG-KBM过渡的情况下，从其他$δf$ gyrokinetic代码/计划，其验证已经存档在文献中获得的结果进行了比较。
2021-06-12 physics.plasm-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
Mode structure symmetry breaking of reversed shear Alfvén eigenmodes and its impact on the generation of parallel velocity asymmetries in energetic particle distribution
本文采用陀螺动力学本征值程序LIGKA、漂移动力学/磁流体混合程序HMGC和陀螺动力学全f程序TRIMEG-GKX研究了反向剪切Alfvén本征模（RSAE）的模态结构细节。使用ASDEX升级等离子体的参数，进行基准与三种不同的物理模型的RSAE没有和高能粒子（EP）。合理的协议已被发现的模式频率和增长率。当包含EP时，由于EP的非微扰效应，观察到模式结构对称性破缺（MSSB）。研究发现，MSSB性质具有有限的径向波相速度特征，线性模式结构可以用具有复参数$σ$和$s_0$的解析复高斯表达式$A(s)=e^{- σ(s-s_0)^2}$很好地描述，其中$s$是归一化的径向坐标。当EP驱动从$q_{min}$的一侧移动到另一侧时，模式结构以相反的方式失真，具体地，产生具有相反符号的非零平均径向波数$\langle k_s\rangle$。用初始EP密度分布和相应的模式结构作为HAGIS程序的输入，研究了EP输运。由于平均径向波数$\langle k_s\rangle$的不同值，对应于EP驱动远离$q_{min}$的不同初始EP密度分布，EP的平行速度在相反方向上产生。
2021-07-14 physics.plasm-ph
Indirect nonlinear interaction between toroidal Alfvén eigenmode and ion temperature gradient mode mediated by zonal structures
本文基于非线性回旋动理学理论研究TAE与ITG间的间接非线性相互作用，推导并求解非线性ITG模方程，发现TAE拍驱动的带状结构对ITG仅有微弱失稳效应，纠正了以往推测。
2024-08-28 physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on zero frequency zonal structure generation by drift Alfven wave instabilities in toroidal plasmas
本文利用非线性回旋动理学理论推导了ZFZS与DAW相互作用的控制方程和非线性色散关系，研究了等离子体非均匀性对带状结构激发的影响，并指出KBM激发带状流的条件对等离子体参数敏感。
2024-08-01 physics.plasm-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence II: Numerical Solution
本文提出了一个数值验证的渐近解析解之间的非线性相互作用的对向传播阿尔芬波，天体物理等离子体湍流的基本积木。的解析解，推导出在弱湍流限制使用不可压缩的MHD方程，进行了比较，一个阿尔芬波碰撞的非线性gyrokinetic模拟。这些方法之间的协议意味着不可压缩的解决方案令人满意地描述了非线性能量转移的基本动力学，即使在弱碰撞等离子体条件下的许多天体物理环境。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
TRIMEG-GKX: an electromagnetic gyrokinetic particle code with a Piecewise Field-Aligned Finite Element Method for Micro- and Macro-Instability Studies in Tokamak Core Plasmas
本文介绍了TRIMEG-GKX电磁回旋动理学粒子代码，其采用面向对象编程、无滤波器处理和高阶分段场对齐有限元方法，通过粒子分解和域克隆并行化，成功应用于托卡马克核心等离子体微观和宏观不稳定性研究。
2025-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Simulation of FuZE axisymmetric stability using gyrokinetic and extended-MHD models
采用高阶有限体积程序COGENT对剪切流Z箍缩等离子体进行了轴对称（$m=0$）回旋动力学和扩展磁流体动力学模拟。本gyrokinetic模型解决了长波长限制的gyrokinetic方程的离子和电子物种耦合到静电陀螺泊松方程的静电势。电磁MHD模型考虑了旋粘压力张量、反磁电子和离子热通量以及广义欧姆定律的影响。这项工作的一个突出特点是等离子体密度和温度的径向分布取自引信实验，磁场分布作为MHD力平衡方程的解而获得。这种方法允许解决现实的等离子体参数，并提供对当前和计划的实验的见解。特别是，它表明，径向轮廓起着重要的作用，在稳定，作为嵌入式的引导中心（$E{\times} B$）漂移具有很强的径向剪切，这可以有助于Z-箍缩稳定，即使在没有流体流动剪切。引信等离子体参数的模拟结果表明，随着流动剪切的增加，线性增长率降低，但是，即使对于轴向流的大的径向变化（与阿尔文速度相当），也没有观察到线性状态的完全稳定。研究了引信等离子体的非线性稳定特性，发现在非线性区，轮廓展宽具有明显的稳定作用。
2020-11-05 physics.plasm-ph
Global Gyrokinetic Simulations of Electromagnetic Turbulence in STEP
York Plasma Institute, University of York（约克等离子体研究所，约克大学）
本文通过GENE的长波δB∥求解器开展STEP的全局电磁gyrokinetic模拟，揭示有限β下电磁湍流非线性饱和特性，确立全局gyrokinetics捕捉类STEP等离子体动力学的能力。
2026-09-03 physics.plasm-ph
Resonant Decay of Kinetic Alfvén Waves and Implication on Spectral Cascading
本文推导了描述动力学阿尔芬波（KAWs）共振非线性模耦合的普遍方程，研究了泵浦KAW参数衰减为边带KAW的过程，发现同向和反向传播情形在垂直波数空间分别表现出双重级联与双重及逆级联行为，并探讨了其对聚变等离子体中SAW不稳定性非线性饱和及带电粒子输运的影响。
2024-01-05 physics.plasm-ph
Energetic particles, Shafranov shift and finite $β$ effects on TAE, KBM and ITG instabilities in global electromagnetic gyrokinetic simulations
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；De Vinci Higher Education（德文奇高等教育）；University of Warwick（华威大学）
本文研究了强动能梯度和小比例的融合生高能粒子对等离子体稳定性的影响，通过全球gyrokinetic代码ORB5分析了Alfvén特征模、离子温度梯度模和动能气球模的线性和非线性稳定性，探讨了Shafranov位移和有限β效应的作用。
2026-09-07 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Electromagnetic Particle Simulations in Triangular Meshes with C1 Finite Elements
本研究提出采用C1三角形有限元、混合变量/拉回方案的三角形网格回旋动理学电磁粒子模拟方法，经ITPA-TAE基准及实验参数验证，可用于全等离子体体积研究及真实等离子体条件。
2024-10-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Study of the likelihood of Alfvénic mode bifurcation in NSTX and predictions for ITER baseline scenarios
在NSTX中发现了固定频率和啁啾相位之间的罕见Alfvénic波跃迁，通常观察到Alfvénic波表现出啁啾或雪崩响应。对于这些跃迁，我们应用一个标准[Duarte et al，Nucl.Fusion 57，054001（2017）]来预测托卡马克中快速离子再分布的性质处于对流或扩散非线性状态。对于NSTX放电中的过渡是不伴随着在束沉积功率或修改注入的射频功率的变化，它已被发现，异常的快速离子传输是固定频率模式的行为和快速啁啾之间的分叉可能的调解人。为了定量评估，使用GTS代码进行了静电离子温度梯度湍流和捕获电子模式湍流对啁啾的影响的全局陀螺动力学模拟。调查扩展的Alfvénic本征模式的基线ITER的情况下，包括榆树，先进的和混合的情况下，通过可能的光谱行为的预测研究。已经观察到，大多数模式被发现是稳定和啁啾相位之间的边界。
2018-02-16 physics.plasm-ph
Stationary Power-Law Solutions of Kinetic-Alfvénic Turbulence
本文基于回旋动理学框架提出弱动力学阿尔文湍流的波动力学描述，推导波动力学方程并解析求得稳态幂律谱，通过数值验证级联方向，并讨论了其在太阳风湍流中的意义。
2025-08-05 physics.plasm-ph physics.space-ph
Shear Alfvén and acoustic continuum in general axisymmetric toroidal geometry
在理想磁流体动力学极限下，在一般几何的气球空间中，引入并求解了描述沿磁场线传播的剪切Alfvén波和离子声波的连续谱的方程。这种方法与Chu等人（1992）[Phys.Fluids B 4，3713（1992）]的早期分析是等价的，但在气球空间中的现有公式可以很容易地将其扩展到包括回转运动和三维平衡效应。特别是，在Chen和Zonca 2017 [Phys. Plasmas 24，072511（2017）]之后，采用MHD极限来说明简单情况下的一般方法，并在Floquet和Hill方程理论的框架内求解方程。剪切阿尔文和离子声波连续结构的广义等离子体惯性在一般的鱼骨状色散关系的连接也被说明和讨论。作为应用，计算了偏滤器托卡马克实验装置参考平衡的连续频谱。的结果进行了比较，所获得的MARS代码采用标准的方法，表现出良好的协议。
2019-09-06 physics.plasm-ph
