The toroidal flux and separatrix effects in tokamaks
Columbia University（哥伦比亚大学）
本文强调环向磁通在托卡马克中的重要性，通过解析模型展示分界面对平衡的影响，并建议使用环向磁通作为径向坐标以简化参数识别。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Influence of plasma shaping on the parity of core-localized toroidal Alfvén eigenmode in an advanced tokamak configuration
College of Sciences, Tianjin University of Science and Technology（天津科技大学理学院）
研究了等离子体形状对先进托卡马克配置中核心局域环形阿尔法特征模奇偶性的影响，发现等离子体形状变化导致模式奇偶性由奇变偶。
2025-12-19 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
Neoclassical toroidal viscosity torque in tokamak edge pedestal induced by external resonant magnetic perturbation
从理论上预测了边缘基座托卡马克装置中等离子体对共振磁扰动（RMP）的响应所引起的新经典环向粘性（NTV）力矩的特征轮廓和大小。对于低- $β$平衡，NTV扭矩由具有相同的RMP主导环向模式数的环向分量主导。NTV扭矩分布被发现是本地化的，其峰值位置由平衡温度（压力）和等离子体响应的分布确定。在一般情况下，NTV扭矩曲线的峰值被发现跟踪基座的位置。NTV扭矩的大小强烈地依赖于基座的$β$值，这表明NTV扭矩在较高的等离子体$β$状态中起更重要的作用。对于固定的等离子体$β$，由于在$1/ν$状态中减少的碰撞性，降低密度因此增加温度也可以增强NTV扭矩的幅度。基于这些发现，我们确定了托卡马克运行制度的显着性的NTV扭矩在边缘基座引起的RMP可以接近那些从其他动量源，如中性束注入。
2017-06-10 physics.plasm-ph
Effects of neoclassical toroidal viscosity on plasma flow evolution in the presence of resonant magnetic perturbation in a tokamak
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
研究探讨了新经典托卡马克粘性对托卡马克中共振磁扰动下等离子体流动的影响，发现其对核心区域旋转剖面有影响，但对共振表面状态无影响。
2026-03-04 physics.plasm-ph
Theory for the power threshold of the L-H transition in tokamaks
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
研究通过三维磁通驱动两流体模拟揭示了托卡马克中L-H转变的物理机制，发现低功率下环向磁场配置能引发约束转变，电磁漂波湍流自发产生剪切E×B流以抑制输运，且通过准线性计算展示了环向磁场方向不对称性。
2026-10-27 physics.plasm-ph
Evaluation of toroidal torque by non-resonant magnetic perturbations in tokamaks for resonant transport regimes using a Hamiltonian approach
在托卡马克装置中，由非共振、非轴对称扰动引起的新经典粘性所产生的环向力矩对环向等离子体旋转有重要影响。在这篇文章中，在准线性理论中，在正则作用角变量下，推导了谐振区的环向力矩和径向输运的表达式。所提出的方法对待所有低碰撞准线性共振NTV制度，包括超香蕉高原和漂移轨道共振在一个统一的方式，并允许在所有制度的磁漂移。它适用于无扰动平衡的环对称通量表面上的扰动，而不需要对几何形状或纵横比进行特定的假设。所得到的表达式，以匹配现有的分析结果在大的纵横比限制。新开发的代码NEO-RT的数值结果进行了比较，在低碰撞准线性版本的代码NEO-2的计算。证明了磁漂移频率中磁剪切项的重要性以及磁漂移对漂移轨道共振的显著影响。
2016-07-15 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
Effects of reversed magnetic shear on the plasma rotation stabilization of resistive wall modes in tokamaks
本研究利用AEGIS代码探究反磁剪切对托卡马克电阻壁模旋转稳定的影响，发现反磁剪切会拓宽不稳定窗口、降低旋转稳定效果，提高完全抑制所需的旋转频率阈值，对先进托卡马克的旋转稳定提出更严苛要求。
2025-09-01 physics.plasm-ph
Rotation of Tokamak-Plasmas out of Mechanical Equilibria, in Absence of External Torques
利用Prigogine建立的热力学定理，研究了托卡马克等离子体的旋转，而不是在机械平衡。这个定理，适用于环形约束等离子体，表明全球重心旋转的等离子体，在环向和极向方向，是纯粹的可逆过程。在粘性可以忽略不计的情况下，通过假设内力平衡方程的有效性，我们证明了等离子体，即使不处于力学平衡，也可以作为一个刚体在环向自由旋转，其角频率为，其角频率可能高于新古典估计。此外，它的环向旋转可能导致等离子体在极向方向上以比新经典理论所发现的表达式更快的速度全局旋转。当环向和极向角频率达到使耗散最小的值时，获得最终的配置。
2012-11-13 physics.plasm-ph
Frequency multiplication with toroidal mode number of kink/fishbone modes on a static HL-2A-like tokamak
在HL-2A装置上，当存在高能粒子时，经常观察到n = 1，2，3或更高的长寿命模（LLM）倍频，其中n为环模数。利用NIMROD程序对静态HL-2A托卡马克上高能粒子（EP）驱动的扭结/鱼骨模的混合动力学-MHD模型模拟发现，当背景等离子体气压较高，EP气压和束流能量较低时，模式频率随EP气压近似线性增加，且频率与n成正比（“频率倍增”），即使在没有任何平衡等离子体旋转的情况下。此外，当磁轴q 0处的安全系数变化时，频率倍增持续。在没有EP的情况下，1/1模的增长率最大;然而，随着EP压力的增加，2/2模或3/3模的增长率变得占主导地位，这表明高n模更容易受到EP的影响。这些结果有助于理解在具有弱或反向中心磁剪切的先进托卡马克装置中扭折/鱼骨模的环模数依赖性。
2022-08-21 physics.plasm-ph
Perpendicular momentum injection by lower hybrid wave in a tokamak
向托卡马克注入低杂波驱动电流会影响内禀转动的分布。本文研究了低杂波对电子的动量沉积。由于波的极向动量在其传播到托卡马克中时增加，波的平行动量显著增加。波的垂直动量的变化使得波的环向角动量守恒。如果忽略通过电子朗道阻尼的垂直动量传递，则向等离子体传递的环形角动量将大于注入的环形角动量。适当的准线性处理证明，垂直和平行的动量转移到电子。然后，电子的环形角动量通过平行和垂直动量的不同机制转移到离子。垂直动量通过向外的径向电子箍缩传递给离子，而平行动量通过碰撞传递。
2012-11-06 physics.plasm-ph
First-principles density limit scaling in tokamaks based on edge turbulent transport and implications for ITER
基于湍流输运考虑的第一性原理标度律和ASDEX升级、JET和TCV托卡马克的密度极限放电的多机数据库表明，边界湍流输运随等离子体碰撞性的增加设定了托卡马克中可实现的最大密度。该标度律显示出对加热功率的强烈依赖性，因此在无意的H-L跃迁的情况下，预测ITER的安全裕度比Greenwald经验标度（Greenwald等人，Nucl. Fusion，28（12），1988）大得多。
2022-04-06 physics.plasm-ph
Toroidal momentum transport in a tokamak caused by symmetry breaking parallel derivatives
本文用陀螺动力学模型研究了托卡马克中一种新的环向动量输运机制。首先，一个分析模型是通过使用气球变换。产生动量传输的条款，然后连接到极向衍生物的气球信封，这是一个订单较小的归一化拉莫尔半径相比，程函的衍生物。因此，该机构不会在径向方向上引入不均匀性，与轮廓剪切的效果相反。线性离子温度梯度模式与绝热电子的数值模拟，保留有限的rho* 的ExB速度的影响，漂移，和陀螺平均，提出。动量通量在归一化拉莫尔半径（ρ*）内是线性的，但仍然产生了相当大的逆流旋转。总动量通量的尺度与所考虑的磁表面的纵横比的线性，并增加与增加磁剪切，安全系数，密度和温度梯度。
2013-02-26 physics.plasm-ph
Is Turbulence able to Generate Magnetic Islands in Tokamaks? Gyrokinetic Simulations of Turbulence-Driven Magnetic Islands in Toroidal Geometry
本研究利用环形几何中的陀螺动力学模拟，揭示微观不稳定性通过 E×B 流驱动重联并形成、合并磁岛的普适机制，且该机制不依赖微观不稳定性的宇称。
2025-09-29 physics.plasm-ph
On Nonlinear Scattering of Drift Wave by Toroidal Alfven Eigenmode in Tokamak Plasmas
本文以电子漂移波为范例，解析研究了托卡马克等离子体中其与环向阿尔芬本征模的直接波-波相互作用，发现TAE非线性散射对eDW稳定性的净效应可忽略，与反向过程存在显著差异。
2023-06-27 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
The shear Alfvén continuum with a magnetic island chain in tokamak plasmas
用理想磁流体力学（MHD）理论研究了单岛链托卡马克的剪切阿尔文连续谱。我们已经考虑到环形几何形状和环形模式耦合的岛屿被认为是一个高度成形的仿星器。由于其极轴和环轴的不对称性，各种新的频率间隙在岛内部打开，例如螺旋诱导的阿尔文本征模（MAE）间隙和螺旋诱导的阿尔文本征模（HAE）间隙。我们已经表明，MAE间隙作为外环形阿尔文本征模（TAE）间隙到岛的延续。然而，随着岛屿的增长，合并的TAE/MAE间隙变得越来越窄，只剩下其原始宽度的一半，中等岛屿大小高达小半径的3.2%。此外，二维本征函数的连续模式的下尖端的MAE间隙现在有高度本地化的结构周围的岛屿的长轴，相反，通常的振荡的全球解决方案发现没有或低水平的环形不对称性-一个迹象表明的连续谱变得离散和密集。这些结果的频率，模式结构和连续阻尼的全球TAE驻留在间隙的影响。
2022-11-22 physics.plasm-ph
Investigation of Turbulent Transport in Non-Stabilized Plasma at the Edge of the GOLEM Tokamak
通过朗缪尔探针测量离子饱和电流波动，研究GOLEM托卡马克边缘非稳定等离子体的湍流输运，发现非高斯行为及相干结构，得出径向与极向尺寸相当的非拉长类blob结构主导该区域输运的结论。
2025-02-14 physics.plasm-ph
Reproducing anomalous transport coefficients from electro-static tokamak edge turbulent dynamics
Nuclear Department, ENEA（意大利国家核能局核能部）；Physics Department, “Sapienza” University of Rome（罗马大学物理系）
该研究通过局部模拟揭示了托卡马克边缘湍流中输运的扩散特性，发现输运系数受湍流能量谱影响，表明异常输运是等离子体非线性漂移动力学的固有现象。
2026-03-05 physics.plasm-ph
T3ST code: Turbulent Transport in Tokamaks via Stochastic Trajectories
本研究提出T3ST程序，采用与回旋动力学互补的统计方法，通过带湍流和库仑碰撞考量的测试粒子法及合成随机场表征，以拉格朗日相关量计算托卡马克湍流输运系数，速度远快于传统回旋动力学程序。
2025-03-24 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
Velocity shear, turbulent saturation, and steep plasma gradients in the scrape-off layer of inner-wall limited tokamaks
采用三维、通量驱动、整体双流体湍流模拟方法，研究了托卡马克装置内壁限制放电刮削层中最近发现的窄功率衰减长度（$λ_q$）。形成的陡峭的等离子体轮廓测量发现出现由于径向剪切$\vec{E}\times\vec{B}$极向流。剪切流和流出的等离子体电流之间复杂的相互作用调节湍流饱和度，确定运输水平。我们量化的剪切流的影响，获得与我们的非线性模拟一致的理论估计。分析计算表明，IWL $λ_q$大致等于湍流相关长度。
2016-06-28 physics.plasm-ph
Studies of Reynolds Stress and the Turbulent Generation of Edge Poloidal Flows on the HL-@A Tokamak
报道了在边缘极向流、湍流应力和动量输运物理方面的几个新结果。这些都是基于HL-2A托卡马克上的实验。从湍流雷诺应力的直接测量中推导出欧姆和L模式放电中的平均极向流与新经典预测的显着偏差。偏差随加热功率的增大而增大。湍流极向粘度的波动数据合成，并被发现是可比的湍流颗粒扩散。首次从综合中推导出内禀极向力矩。得到了颗粒通量和雷诺应力的PDF。两者都表现出肥尾和大的峰度，这表明雷诺应力所代表的动量输运过程是不能很好地描述准线性计算。
2018-10-08 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
Bi-directional Alfvén Cyclotron Instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
在MAST超阿尔文NBI实验中，研究了在~0.34 T ~~0.585 T的宽环形磁场范围内，高能束离子速度梯度激发的阿尔文回旋不稳定性.在具有高磁场的MAST放电中，在子回旋频率范围内的模式的离散谱被激励成与束流和等离子体电流相反的环形传播（环形模式数n < 0）。
2014-04-25 physics.plasm-ph
Tokamak-like Vlasov equilibria
具有真空环形磁场的轴对称等离子体的Vlasov平衡，在选择离子和电子分布函数的情况下，可以简化为Grad-Shafranov型方程。拟中性缩小了分布函数的选择范围。与电子分布函数由位移麦克斯韦组成的二维对称平衡相反，环形平衡需要变形麦克斯韦。为了能够进行计算，该变形通过Heaviside阶跃函数或指数函数产生。由此产生的Grad-Shafranov-like方程显式地建立。
2014-01-31 physics.plasm-ph
Excitation of Zonal Flow by Intermediate-Scale Toroidal Electron Temperature Gradient Turbulence
研究表明，托卡马克等离子体中的中等尺度环形电子温度梯度（ETG）湍流可以优先激发纬向流。以前的理论研究得出了相反的结论，假设ETG模式的流体近似。在这里，我们进行了陀螺动力学分析，最终产生一个非线性薛定谔方程的ETG动力学与Navier-Stokes型非线性。对于典型的托卡马克参数，发现带状流的产生对中等尺度ETG湍流起着重要的作用。这一发现为最近的多尺度陀螺动力学模拟提供了解释。
2020-11-16 physics.plasm-ph
Effects of the parallel acceleration on heavy impurity transport in turbulent tokamak plasmas
发现并分析了湍流托卡马克等离子体中重杂质动力学的一个特定过程。我们发现，平行的随机加速度是强烈耦合到垂直运输，并产生一个径向收缩速度。相互作用产生的隐藏漂移，准相干的组成部分的运动，包括一对平均径向速度在相反的方向。平行加速度打破了这种对称性，并产生径向平均速度，可以是向内或向外的方向。在试验粒子模型的框架下，利用数值模拟方法分析了钨离子在三维湍流中的输运。结果表明，在现代托卡马克装置和ITER中，加速度诱导箍缩对W杂质的输运可能是重要的。
2020-08-25 physics.plasm-ph
Intrinsic momentum transport in up-down asymmetric tokamaks
最近的工作表明，打破托卡马克通量表面的上下对称性消除了限制内禀动量输运的约束，从而使环向旋转变小。我们表明，通过MHD分析，椭圆率是最有效的在整个等离子体中引入上下不对称性。我们详细介绍了GS 2的扩展，本地$δf$ gyrokinetic代码，自洽计算动量输运，允许上下不对称配置。对具有倾斜椭圆极向截面的托卡马克装置进行了非线性动量输运的数值模拟。结果表明，环向速度梯度$(\partial u_{ζi} / \partial ρ) / v_{th i}$为温度梯度$(\partial T_{i} / \partial ρ) / T_{i}$的5%是可持续的，这与实验的大小是一致的。这里，$v_{th i}$是离子热速度，$u_{ζi}$是离子环向平均流，$ρ$是归一化到托卡马克短半径的短径向坐标，以及$T_{i}$是离子温度。由于其他内在的动量传输机制的规模较差，较大的机器，这些结果表明，上下不对称是最可行的方法来产生目前的实验测量的旋转水平在反应堆大小的设备。
2014-12-15 physics.plasm-ph
Theory of Equivalent Tokamaks for Characterizing Turbulent Transport in Quasi-symmetric Stellarators
Zhejiang University（浙江大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Galaxy Energy LLC（银河能源有限责任公司）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出准对称仿星器的等效托卡马克理论，用三个几何量表征其湍流输运，并通过回旋动理学模拟验证了定量一致性。
2026-10-09 physics.plasm-ph
A Data-Free, Physics-Informed Surrogate Solver for Drift Kinetic Equation: Enabling Fast Neoclassical Toroidal Viscosity Torque Modeling in Tokamaks
Hefei Institutes of Physical Science（合肥物质科学研究院）；Anhui University（安徽大学）
本文提出一种无需数据的基于物理的替代求解器，通过物理约束训练神经网络，以加速托卡马克装置中新经典托状粘性扭矩建模。
2026-04-15 physics.plasm-ph
Turbulent transport in tokamak plasmas with rotational shear
利用非线性回旋动力学方法研究了托卡马克等离子体中存在旋转剪切时的湍流输运。在足够大的流动剪切，线性不稳定性被抑制，但瞬态增长模式驱动亚临界湍流的振幅增加与流动剪切。这导致热通量的局部最小值，表明等离子体约束的最佳E X B剪切值。局部最大的动量通量也观察到，允许在E × B剪切分叉的可能性。热流密度对温度梯度的敏感依赖性在大的流动剪切值下得到缓解，在较低的流动剪切值下，临界温度梯度增大。湍流普朗特数被发现在很大程度上是独立的温度和流量梯度，与一个接近统一的值。
2010-07-20 physics.plasm-ph
How eigenmode self-interaction affects zonal flows and convergence of tokamak core turbulence with toroidal system size
本研究探究托卡马克微湍流本征模自相互作用对带状流的影响，发现其除产生定常剪切层外还驱动涨落型带状流，且该驱动互不相关，随环向模增多（系统尺寸增大）剪切率降低，存在区别于剖面剪切的有限尺寸效应。
2020-08-02 physics.plasm-ph
Turbulent features near the X point of a DTT-like tokamak plasma
本文通过三维静电流体模拟研究类DTT托卡马克X点附近的湍流输运，分析了湍流谱特征、极向与环向结构联系、静寂区形成及边界条件激发带状流的关键作用。
2024-07-31 physics.plasm-ph
Long-wavelength limit of gyrokinetics in a turbulent tokamak and its intrinsic ambipolarity
最近，静电陀螺运动的哈密顿量和坐标变化已经计算到一般磁几何中的$ε^2$阶。这里$ε$是回旋运动膨胀参数，即宏观尺度长度上的回旋半径。从这些结果出发，将回旋动力学Fokker-Planck方程和准中性方程的长波极限用于托卡马克几何。利用本文导出的方程组，可以计算分布函数和极向电场的长波长分量，达到$ε^2$阶。这些高阶部分包含了新古典和湍流的贡献，并构成了一个必要的成分（另一个是由短波长的组件，直到二阶），最终将进入一个完整的模型在低流量的托卡马克中的径向传输的环形角动量。最后，我们提供了一个明确的和详细的证明，系统组成的二阶回旋福克-普朗克和准中性方程留下的长波径向电场的不确定性，即湍流托卡马克是固有的双极。
2014-07-23 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
DKEKAN: A single-parameterized KAN surrogate for Drift Kinetic Equation Toward Fast Neoclassical Toroidal Viscosity Torque Modeling in Tokamaks
School of Internet, Anhui University（安徽大学网络空间安全学院）；Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院）
针对托卡马克中新经典环向黏滞(NTV)力矩计算的高计算成本问题，提出基于单参数化KAN网络的代理模型DKEKAN，通过求解漂移动力学方程实现快速NTV建模，在EAST等离子体参数下将独立求解时间从35.85秒降至3.74秒，加速约9.6倍。
2026-06-09 physics.plasm-ph
Turbulent transport regimes in the tokamak boundary and operational limits
双流体，三维，通量驱动，全球，电磁湍流模拟进行了使用GBS代码，以确定控制在托卡马克边界的湍流输运的主要参数，并划定边缘湍流的电磁相空间。确定了四种湍流输运机制：（i）在碰撞度和$β$的中间值处出现的充分发展的湍流的区域，其中湍流由电阻气球模式驱动，与托卡马克的L模式操作有关，（ii）在低碰撞度和大热源处的减少的湍流输运的区域，其中湍流由漂移波驱动，与高密度H模式区域有关，（iii）在高碰撞性下的极大湍流输运的区域，其与密度极限的交叉相关联，以及（iv）在高$β$下的理想气球极限以上的区域，具有影响整个受限区域的动力学的全局模式，其可以与$β$极限的交叉相关联。从减少到发达的湍流输运制度的过渡与H-模式的密度限制和分析的比例律可实现的最大边缘密度在H-模式。类似地，分析缩放律的交叉的L-模式密度和$β$限制提供和GBS模拟的结果进行比较。
2022-05-09 physics.plasm-ph
Simulations Campaign of the Turbulent Diffusion at Tokamaks Edges
为了优化现代聚变装置中的磁约束特性，对跨场输运的理解至关重要。在这项工作中，一个二维的，简化的模式被用来研究在该区域的刮除层的湍流动力学。我们展示了如何的数值模型，减少Braginskii方程的基础上，是能够描述的形成和随时间的演变的斑点结构。我们研究这些复杂的动力学通过使用经典的欧拉分析和拉格朗日方法，通过改变等离子体的环境条件。我们已经发现，磁剪切和等离子体的配置文件是至关重要的输运的属性。通过以下拉格朗日示踪剂，我们观察到扩散瞬态的径向运输，在lengthscales大于典型的斑点大小。这一工作对于理解托卡马克装置边缘的湍流输运是有意义的。
2022-09-06 physics.plasm-ph
Neural networks for turbulent transport prediction in a simplified model of tokamak plasmas
本研究探索神经网络在托卡马克等离子体简化模型湍流输运预测中的应用，基于测试粒子模拟数据库训练的五维输入神经网络，验证误差低于2%，速度快数个数量级，性能优于样条插值，为相关研究提供了有前景的方法。
2023-12-15 physics.plasm-ph
Spontaneous toroidal rotation, anomalous radial particle flux, and the electron-ion asymmetric anomalous viscous damping
发现了由于电子-离子非对称的反常粘性阻尼和湍流径向粒子流引起的AA自发环转动，解释了托卡马克等离子体边缘反常环动量源的实验观测。
2015-04-13 physics.plasm-ph
Turbulent transport of alpha particles in tokamak plasmas
本文研究了聚变产生的α粒子在托卡马克等离子体中的ExB扩散。我们确定一个现实的模型，具有离子温度梯度（ITG）或捕获的电子模式（TEM）驱动的湍流的特性的运输制度。它包括使用数值模拟的结果建模的电位波动的频谱，有效的抗磁速度和平行运动的电位的漂移。我们的半分析统计方法是基于去相关轨迹法（DTM），这是适应于gyrokinetic近似。我们得到了输运系数随湍流参数和α粒子能量的变化。根据我们的计算结果，α粒子的湍流输运只有在能量为100KeV时才能出现。我们确定相应的条件。
2016-03-28 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
Magnetic Confinement by Alfven Carpets
扭转阿尔芬波的“地毯”，共振激发在环形传导容器内的环，可以保持磁化等离子体内的环对固有的向外膨胀。这种用于聚变的环形磁约束可能比传统的托卡马克具有一些优势。这个想法也可以用来稳定托卡马克和其他能量受限的聚变装置中的交换和气球模式。
2007-11-06 physics.plasm-ph
Axisymmetric hybrid Vlasov equilibria with applications to tokamak plasmas
本文推导了包含动能离子和无质量流体电子的混合 Vlasov 模型轴对称平衡方程，该系统由 Grad-Shafranov 方程和积分方程组成，可用于计算 tokamak 等离子体的平衡磁场和离子分布，并揭示了流体电子带来的极向电流分量。
2024-06-05 physics.plasm-ph
Investigation of turbulent transport regimes in the tokamak edge by using two-fluid simulations
本文利用单零组态磁通驱动双流体模拟的结果，研究了托卡马克边缘湍流输运的过程。确定了三种湍流输运机制：（i）一个发展的输运区，其湍流由交换不稳定性驱动，与托卡马克操作的标准L模式具有许多共同特征，（ii）一个抑制的输运区，其特征在于较高的能量约束时间值，由Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的低振幅相对波动，强E x B剪切流，和一个传输障碍的形成，回忆的H-模式，和（iii）退化的约束制度，其特征在于一个灾难性的大的湍流驱动的湍流传输，这提醒了格林沃尔德密度极限的交叉。我们推导出的压力梯度长度的解析表达式在这三个制度。通过增加热源或降低碰撞性获得从发展的输运状态到抑制的输运状态的过渡，反之亦然，对于从发展的输运状态到退化的约束状态的过渡。的功率阈值的解析表达式，以访问抑制的传输制度，连接到H-模式访问的功率阈值，以及在进入退化的约束制度，相关的格林沃尔德密度之前可实现的最大密度，也来自。实验依赖性的H-模式访问的功率阈值密度，托卡马克大半径，和同位素质量的检索。密度极限的解析估计包含了对等离子体电流和托卡马克小半径的正确依赖。
2020-07-20 physics.plasm-ph
Hollow toroidal rotation profiles in strongly electron heated H-mode plasmas in the ASDEX Upgrade tokamak
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University（哥伦比亚大学应用物理与应用数学系）；VTT（芬兰技术研究中心VTT）
本研究探讨了ASDEX升级托卡马克中强电子回旋共振加热条件下I型ELMy H模式等离子体环形动量输运特性，发现强电子加热下空心旋转剖面的形成机制，揭示了内在扭矩与向内对流对维持有利旋转剖面的重要性。
2026-04-01 physics.plasm-ph
Effect of sonic poloidal flows in determining flow and density asymmetries for trace impurities in the tokamak edge pedestal
用解析和数值方法研究了托卡马克等离子体边缘座中微量杂质极向流和环向流的结构。平行动量平衡分析保留以下条款：极向和环形离心力（惯性），压力，电力，和摩擦力。它表明，当极向流是这样的，以产生一个适当定义的马赫数的单位阶通量表面上的某处，激波阵面可以形成。激波阵面可以改变极向弧上流动和密度分布的非对称结构。预测的理论显示对ASDEX升级托卡马克的实验观测，表现出良好的定性和定量的协议，如果与极向流的惯性项被保留。
2015-03-15 physics.plasm-ph
Transport Bifurcation Induced by Sheared Toroidal Flow in Tokamak Plasmas
采用第一性原理数值模拟方法研究了差动旋转托卡马克等离子体中的输运分岔现象。这种分叉在零磁剪切区比在有限磁剪切区更可能发生，因为在前一种情况下，垂直于磁场的剪切环向流分量对湍流有最强的抑制作用。在零磁剪切区，在任何有限的流动剪切值下都没有线性本征模增长。然而，亚临界湍流可以持续，由于由离子温度梯度（ITG）和平行速度梯度（PVG）驱动的模式的瞬态增长。尽管如此，在包含宽范围的温度梯度和速度剪切的参数空间中，存在抑制所有湍流的相当大的窗口。结合碰撞（新古典）机制相对较低的动量传输，这产生了从低温到高温和速度梯度的分叉的条件。这个分叉的路径是用大量的模拟插值绘制出来的。数值模拟也被用来构建一个参数模型，该模型准确地描述了温度梯度和流量梯度在很宽的范围内的值的组合效果。使用这个参数模型，它表明，在这个减少运输状态，热量几乎是新古典运输，而动量运输是由亚临界PVG湍流为主。它进一步表明，对于任何给定的输入扭矩，有一个最佳的输入热量的温度梯度最大化。参数模型既描述了亚临界湍流的行为，又描述了流动剪切对输运刚度的复杂影响。它可能被证明是有用的托卡马克与剪切流输运建模。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Effects of magnetic drifts on ion transport in turbulent tokamak plasmas
在三维湍流模型中研究了当前托卡马克聚变实验条件下低能氘离子的随机平流。扩散系数的计算开始从测试粒子的轨迹的框架中的半分析统计模型称为解相关轨迹方法。我们表明，由速度场的空间相关性所决定的轨道捕获是导致反常扩散的主要原因，我们得到了对应于不同湍流模型参数值的输运机制和冻结湍流极限下的捕获条件。取决于模型的参数的值，湍流和磁漂移之间的相互作用导致增加（在极向方向上的运输增加到一个数量级）和减少的粒子运输。
2017-07-27 physics.plasm-ph
Real-time capable first principle based modelling of tokamak turbulent transport
建立了一个能实时计算的托卡马克堆芯湍流输运模型。该模型是由准线性陀螺动力学输运程序输出的正则化非线性回归构造的。用多层感知器神经网络进行回归。神经网络训练集的输运码输入由五个维度组成，并且仅限于绝热电子。神经网络模型成功地再现了原准线性模型预测的输运通量，同时在计算时间上获得了五个数量级。该模型在一个实时托卡马克模拟器中实现，并在10秒内模拟了300秒的ITER放电。这种基于回归的传输模型的原理证明预计未来训练集的输入空间维度和物理真实性将显着扩大。这旨在提供前所未有的计算速度，再加上基于第一原理的物理学，用于实时控制和集成建模应用。
2015-06-15 physics.plasm-ph
EFIT tokamak equilibria with toroidal flow and anisotropic pressure using the two-temperature guiding-centre plasma
本文提出了一种新的用于托卡马克EFIT磁流体动力学平衡技术的力平衡模型，该模型考虑了全环向流动和各向异性对Grad-Shafranov方程的影响。自由函数是极向通量函数，所有对环向电流密度的非线性贡献都被迭代处理。为模型选择的平行热流近似是平行温度是通量函数，并且平行和垂直压力都可以使用平行和垂直温度来描述。这种流体热力学的选择已经在其他地方被证明是相同的，在相同的假设下，同一问题的指导中心动力学解决方案。该模型减少相同的静态和各向同性的梯度-Shafranov方程在适当的限制，不同的通量函数设置为零。一个解析解的基础上修改Soloviev解决方案的非零环形流和各向异性。力平衡模型已在代码EFIT TENSOR中得到验证，该代码是现有代码EFIT++的一个分支。EFIT张量的基准测试结果和更复杂的力平衡模型被发现收敛到力平衡类似于通常的EFIT模型和可比的速度。
2013-07-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Conceptual study on using Doppler backscattering to measure magnetic pitch angle in tokamak plasmas
Future Energy Acceleration and Translation Programme, Agency of Science, Technology and Research (A*STAR)（未来能源加速与转化计划，科学与技术研究局）；Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·佩尔斯理论物理中心）
通过多普勒反向散射技术测量托卡马克等离子体中的磁倾角，并通过实验和模拟验证其准确性与可靠性。
2025-12-18 physics.plasm-ph
