Magnetothermodynamics: Measuring equations of state in a relaxed magnetohydrodynamic plasma
我们报告的第一个测量状态方程的完全放松磁流体动力学（MHD）实验室等离子体。在同轴磁化等离子体枪中形成磁化等离子体的粒子，称为泰勒态，并允许其弛豫和漂移到封闭的通量守恒体积中。密度，离子温度，和磁场测量作为时间的函数作为泰勒状态压缩和加热。理论预测的MHD和双绝热状态方程的实验测量进行了比较。我们发现MHD状态方程与我们的数据不一致。
2018-01-03 physics.plasm-ph
Multi-region relaxed Hall magnetohydrodynamics with flow
最近的多区域弛豫磁流体动力学（MRxMHD）的公式已经推广了著名的Woltjer-Taylor状态，通过将一组“理想障碍”，防止全球松弛，和流动。本文将MRxMHD推广到包含霍尔效应（MRxHMHD），从而得到了著名的双Beltrami态的部分弛豫对应态。引入霍尔项所产生的物理和数学后果也被提出。我们表明，我们的结果（在理想的MHD极限）构成了一个重要的子集的理想MHD平衡，我们比较我们的方法对其他变分原理提出的部分松弛状态。
2016-08-03 astro-ph.IM physics.plasm-ph
Time-dependent relaxed magnetohydrodynamics -- inclusion of cross helicity constraint using phase-space action
从Hamilton作用量原理出发，利用微观质量守恒和宏观总磁螺旋度、交叉螺旋度和熵守恒，作为弛豫域上密度、压力、流体速度和磁矢势变化的唯一约束，变分导出了一种新的含时弛豫磁流体力学（RxMHD）公式.一个新的相空间版本的MHD拉格朗日推导出，它给出了欧拉-拉格朗日方程与以前的工作一致的精确理想和放松MHD平衡流，但广义的松弛概念从静态到动态。文中给出了新动力学形式在短波长线性波中的应用，并导出了多区域弛豫磁流体力学（MRxMHD）的界面连接条件。讨论了$\vec{E} + \vec{u}\times\vec{B} = 0$是否应成为约束的问题。
2020-04-27 math-ph math.MP nlin.CD
Minimum energy states of the plasma pinch in standard and Hall magnetohydrodynamics
轴对称放松状态的圆柱形等离子体柱被发现解析在标准和霍尔磁流体力学（MHD）通过完整的能量最小化与相应的模型中固有的不变量施加的约束。结果表明，霍尔磁流体的弛豫状态是具有均匀轴向流动和/或刚性角向旋转的无力磁场。由于速度与磁场的耦合，标准磁流体力学中的弛豫态更为复杂。讨论了这些状态在反场箍缩（RFP）中的应用。
2010-08-14 physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic Stability of Plasmas with Ideal and Relaxed Regions
本文提出了一种统一能量原理方法，用于分析由多个理想区和弛豫区组成的等离子体的磁流体动力学（MHD）稳定性。通过选择适当的规范，我们表明，等离子体位移满足相同的欧拉-拉格朗日方程在理想和松弛的区域，除了在附近的磁表面。在圆柱几何中分析了奇异表面处的差异：在理想MHD中，只有Newcomb的[W. A. Newcomb（2006）Ann. Phys.，10，232]小的解决方案是允许的，而在松弛MHD只有奇宇称大的解决方案和偶宇称小的解决方案是允许的。提出了一种构造圆柱几何中整体多区域解的方法。聚焦于两个界面彼此任意接近的极限，示出了先前遇到的奇异极限问题[M. J. Hole等人（2006）J. Plasma Phys.，77，1167]在多区域弛豫MHD是稳定的，如果在合并界面之间的弛豫MHD区域被理想MHD区域所取代。然后，我们提出了一个稳定的（k，压力）相空间图，这使我们能够确定的形式，一个稳定的压力和字段配置文件必须采取的界面之间的区域。从这些知识中，我们得出结论，存在一类单界面等离子体，这是由Kaiser和Uecker [R. Kaiser等人（2004）Q. Jl Mech. Appl. Math.，57，1]，但被证明是不稳定的界面时，解决。
2009-02-16 physics.plasm-ph
Spectrum of multi-region-relaxed magnetohydrodynamic modes in topologically toroidal geometry
本文给出了计算磁约束环形等离子体线性化扰动的稳定和不稳定本征模谱问题的一般公式。分析是基于一个新的磁流体动力学模型，多区域松弛磁流体动力学（MRxMHD），该模型的等离子体磁场系统作为多个区域组成，包含可压缩的欧拉流体和泰勒松弛磁场，分离的灵活的理想MHD电流片。这是说明使用第一性原理分析的两个区域板的几何形状，与周期性的边界条件来模拟典型的托卡马克或反向场箍缩等离子体的外部区域。计算了对撕裂模和扭结撕裂模不稳定的等离子体的最低和次低本征值。非常接近边际稳定性的最低模式使用不可压缩近似的动能归一化本研究中得到的对应于在以前的研究中发现的特征值较少的物理归一化。
2016-11-15 physics.plasm-ph
Multi-region relaxed magnetohydrodynamics in plasmas with slowly changing boundaries --- resonant response of a plasma slab
最近提出的动力学扩展的泰勒松弛，\emph{multi-region relaxed magnetohydrodynamics}（MRxMHD）的绝热极限进行了总结，特别注意相对磁螺旋度的适当定义。使用一个简单的两个区域，剪切磁场模型类似的Hahm-Kulsrud-Taylor（HKT）波纹边界板模型的形式主义。在MRxMHD的线性梯度-Shafranov方程适用，即使在有限的波纹振幅。边界波纹的绝热导通在谐振表面处激发出对抗重联的屏蔽电流片。扰动磁场作为纹波幅度的函数计算调用由电流片分开的两个区域中的磁螺旋度守恒。在低纹波振幅下，电流片的每一侧上出现“半岛”，将旋转变换锁定在谐振值。超过一个临界振幅，这些岛屿消失，旋转变换发展一个不连续的电流片。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Quantum chaos? Genericity and nongenericity in the MHD spectrum of nonaxisymmetric toroidal plasmas
本征模谱是分析等离子体稳定性和湍流发生的基本出发点，但即使是最简单的等离子体模型，理想磁流体动力学（MHD），频谱的特性还没有完全理解。这在没有连续几何对称性的配置中尤其如此，例如当考虑外部磁场线圈的离散性质时的真实托卡马克，或者替代聚变概念，仿星器，其中轴对称被故意打破以提供非零绕组数（旋转变换）的磁场线动力学的每个不变环面（假设为目前的目的是一个可积的哈密顿系统）。量子（波）混沌理论提供了从统计学上表征光谱的工具，从可分情况下的规则光谱（可积半经典动力学）到半经典射线动力学如此混沌以至于无法对单个特征值进行简单分类的情况（量子混沌）。的MHD频谱表现出一定的非通用特性，我们表明，使用玩具模型，是欠稳定的从数论性质的渐近谱在大的环形和极向模式（量子）数的限制时，只有一个单一的径向模式数被保留。更现实的是，使用理想的MHD代码CAS3D，我们已经构建了一个数据集的几百个增长率特征值的一个非稳定的三维仿星器平衡与一个相当平坦的，非单调的旋转变换配置文件。本征值间距的统计分析表明，一般的量子混沌的证据，我们归因于具有大量的径向模式数的混合效应。
2006-08-31 nlin.CD physics.plasm-ph
Relaxed magnetohydrodynamics with cross-field flow
Mathematical Sciences Institute, Australian National University（澳大利亚国立大学数学科学研究所）；Proxima Fusion（普罗克西玛聚变）；School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数理科学学院）
本文研究了放松平衡中跨场流动的建模，通过度量张量将约束流与几何耦合，构建了平板、圆柱和托卡马克几何的平衡态，发现跨场流动与磁岛结构相关，影响磁岛谐波和平衡剖面。
2026-04-04 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Magnetothermodynamics: Measurements of the thermodynamic properties in a relaxed magnetohydrodynamic plasma
我们在实验室实验中探索了压缩磁化等离子体的热力学，我们称这些研究为“磁热力学”。实验是在斯沃斯莫尔Spheromak实验装置上进行的。在该装置中，磁化等离子体源位于一端，并且在另一端，安装封闭的导电罐。我们产生包裹的磁化等离子体和观察他们的压缩对端壁的导电圆柱。分别用HeNe激光干涉法、离子多普勒光谱法和线性$\dot{B}$探针阵列测量了压缩过程中等离子体的密度、温度和磁场等参数。为了确定在压缩过程中的离子加热的情况下，PV图构建使用测量的密度，温度，和代理的磁化等离子体的体积。不同的状态方程进行了分析，以评估压缩等离子体的绝热性质。采用三维电阻磁流体动力学程序（NIMROD）模拟了扭转泰勒态，并显示了对封闭导电罐端壁的停滞。模拟结果与我们在实验中观察到的一致。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Determination of turbulent heating rate and relaxed states in finite Larmor radius magnetohydrodynamic turbulence with helicity barrier
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）
本文研究了有限兰姆半径磁流体动力学湍流中能量和广义螺旋度的 cascade 法律，揭示了强螺旋度失衡导致的 helicity 障碍，从而得出离子加热率的计算方法，并推导了松弛状态的特性。
2026-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Strong "quantum" chaos in the global ballooning mode spectrum of three-dimensional plasmas
强非轴对称环形系统中理想磁流体动力学（MHD）压力驱动（气球状）模的谱很难用数值方法分析，这是由于缺乏固有尺度长度导致的理想MHD的奇异性。本文利用$k$ -空间截断正则化理想MHD，使WKB气球形式的射线追踪成为混沌Hamilton台球问题。用Weyl公式估计了用全局本征值码求解环形局部气球模所需的环形傅里叶谱的最小宽度。这种相空间体积估计方法适用于两个仿星器的情况。
2001-02-21 nlin.CD physics.plasm-ph
Variational integration for ideal magnetohydrodynamics with built-in advection equations
利用离散外微积分方法对拉格朗日标号下的理想磁流体力学的牛顿拉格朗日量进行离散化。然后导出了理想磁流体力学的变分积分器。除了辛和动量保持之外，该方案继承了Newcomb公式中的内置平流方程，因此避免了求解它们以及伴随的误差和耗散。我们实现的方法在2D和数值重联不发生时，奇异电流片。然后，我们将其应用于研究多个岛屿的理想聚结不稳定性的动力学。数值计算得到了嵌入电流片的弛豫平衡态。
2014-10-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Sawtooth crash in tokamak as a sequence of Multi-region Relaxed MHD equilibria
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；the Australian National University（澳大利亚国立大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Australian Nuclear Science and Technology Organisation（澳大利亚核科学与技术组织）
本研究将托卡马克锯齿崩塌建模为多区域弛豫磁流体动力学平衡序列，用SPEC构建中间态平衡，验证了重联过程特征，与M3D-C1吻合良好，为MHD模拟提供了补充方法。
2025-11-02 physics.plasm-ph
On the relationship between the multi-region relaxed variational principle and resistive inner layer theory
本文利用 SPEC 实现 MRxMHD 稳定性计算，揭示其变分能量原理与电阻奇异层理论在线性撕裂模稳定边界上的对应关系。
2022-09-12 physics.plasm-ph
Magnetic helicity, weak solutions and relaxation of ideal MHD
我们重新审视的问题，磁螺旋度和Woltjer-Taylor弛豫理论的背景下，磁流体力学的弱解的保护。我们介绍了一个轻松的系统，理想的MHD系统，其中adverplies的流体动力学湍流的影响，如从磁螺旋度守恒的雷诺应力项的外观在等离子体湍流的观察一致的方式。作为副产品，我们回答了两个悬而未决的问题，在该领域：我们显示的清晰度的$L^3$可积性条件的磁螺旋守恒和提供湍流有界的解决方案MHD耗散能量和交叉螺旋，但（任意）恒定的磁螺旋。
2021-09-19 math.AP physics.plasm-ph
Construction of an invertible mapping to boundary conforming coordinates for arbitrarily shaped toroidal domains
本文针对任意形状环域（特别是仿星器优化中的非凸边界）提出一种通过边界积分方法求解两个Dirichlet-Laplace问题来构造可逆边界适体映射的新算法，并证明所得调和映射光滑且具有光滑逆映射。
2025-02-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Numerical study of $δ$-function current sheets arising from resonant magnetic perturbations
本研究通过GS求解器和SPEC代码数值求解HKT问题，验证了共振磁扰动下奇异电流片形成，并证明两代码结果高度一致。
2023-09-01 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
