Microstability of $β\sim 1$ tokamak equilibria
高功率密度托卡马克为设计具有成本效益的聚变装置提供了一种潜在的解决方案。实现高功率密度的一种方式是在高$β$值（热压力与磁压力的比率）下操作，即，$β\sim 1$。然而，$β\sim 1$状态对于各种压力和电流驱动的不稳定性可能是不稳定的，或者具有不利的微稳定性性质。为了探索这些可能性，我们生成$β\sim 1$平衡并研究其稳定性。首先，我们研究了过去用于生成$β\sim 1$平衡的分析技术，并概述了其局限性。因此，我们用计算机程序$\texttt{VMEC}$证明了高$β$平衡的产生.然后，我们分析这些平衡，以确定其对无限的$n$理想气球模式的稳定性。接下来，我们进行了详细的微观稳定性研究，首先评估静电ITG和TEM不稳定性。我们观察到有趣的行为高$β$平衡-稳定这些模式通过两种不同的机制。最后，我们进行电磁陀螺动力学模拟，并再次观察稳定的趋势，在高$β$的平衡。这些趋势不同于其较低的$β$对应物，并提供了一种替代的、潜在的有利的托卡马克运行机制。
2022-08-10 physics.plasm-ph
Intrinsic rotation driven by non-Maxwellian equilibria in tokamak plasmas
本文研究了偏离麦克斯韦平衡点对托卡马克等离子体湍流动量输运的影响。这些非麦克斯韦特征，由抗磁效应引起，引入了并流环向角动量的径向通量对碰撞性的强烈依赖：当等离子体从几乎无碰撞到弱碰撞时，通量从径向向内到向外反转。这表明从峰值到中空旋转轮廓的碰撞依赖性过渡，与实验观察到的内在旋转一致。
2013-04-12 physics.plasm-ph
Vlasov tokamak equilibria with shearad toroidal flow and anisotropic pressure
通过根据两个粒子的运动常数，即能量和环向角动量，选择适当的形变麦克斯韦离子和电子分布函数，我们将准中性等离子体的Vlasov轴对称平衡问题化为一个超越的Grad-Shafranov类方程.该方程的Dirichlet边界条件下的解析规定的边界具有较低的X-点，构建托卡马克平衡与环形剪切离子流和各向异性压力的数值求解。根据分布函数的变形，这些稳态可以具有在磁轴上达到峰值或中空的环形电流密度。这两种平衡可以看作是与磁轴上分布函数的对称性有关的一个分岔。
2015-08-10 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
GSPD: An algorithm for time-dependent tokamak equilibria design
提出GSPD算法，用于设计时变托卡马克平衡，同时满足力平衡和导体电路动力学，代码开源。
2023-06-22 physics.plasm-ph
Theoretical research on low-frequency drift Alfvén waves in general Tokamak equilibria
Southwestern Institute of Physics（西南核物理与化学研究所）；Consorzio CREATE（CREATE联合体）
本文通过建立一般托卡马克平衡情况下的动力学模型，研究低频漂移阿尔芬波的特性，探讨离子轨道效应及不同极限条件下的理论结果。
2026-01-16 physics.plasm-ph
Conditions for up-down asymmetry in the core of tokamak equilibria
为了确定托卡马克等离子体核心磁表面上下不对称性的关键参数，在磁轴周围寻求局部磁平衡解。的不对称性被发现基本上是由轴上流动的环形电流密度的比例的外部场的奇数扰动，管理传播到核心的等离子体边界的分数。预测进行了测试，并说明了第一次与分析Solovev平衡，然后使用实验相关的数值平衡。空心电流密度分布，因此反向磁剪切，被认为是至关重要的核心不对称值，通常只发现附近的等离子体边缘。
2013-08-22 physics.plasm-ph
Non-existence of normal tokamak equilibria with negative central current
最近的托卡马克实验采用离轴，无感电流驱动器已经发现，一个大的中心电流孔可以产生。在该区域中，电流密度被测量为近似为零，尽管原则上存在足够的电流驱动功率以使中心电流密度显著地变为负值。最近的论文已经使用了一个大的纵横比展开，以表明正常的MHD平衡（轴对称嵌套通量表面，非奇异场，单调的峰值压力分布）不能存在与负中心电流。我们在这里扩展证明任意的长宽比，使用维里定理的一个变体，以获得一个相对简单的积分约束的平衡。然而，这个约束本身并不排除与非嵌套通量表面的平衡，或者与可能自发产生的奇异场和/或中空压力分布的平衡。
2003-08-25 physics.plasm-ph
Bayesian neural network for plasma equilibria in the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research
聚变梯度等离子体是物理上复杂的复杂系统之一，为了对核聚变反应堆进行彻底的控制，人们不断地建立起对不清楚的物理现象的等离子体理论。深度学习已经引起了人们对受控聚变等离子体领域的广泛关注，将物理现象与控制相关参数联系起来，而无需加深对等离子体理论的理解。尽管如此，量化深度学习模型的不确定性一直被要求，因为它们缺乏物理理解。因此，提出了一种能够呈现其概率分布的可靠深度学习模型的概念，以及在模型中灌输物理理论的方法。
2023-01-27 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
Quantifying resonant drive in resistive perturbed tokamak equilibria
Columbia University（哥伦比亚大学）；Seoul National University（首尔国立大学）
研究通过渐近匹配解探讨了共振驱动指标Δ_{mn}和b_{pen}在电阻性扰动托卡马克平衡中的关系，发现电阻物理使主导模式谱向较低的极化模式数m偏移。
2026-03-18 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
Analysing the impact of anisotropy pressure on tokamak equilibria
中性束注入或离子回旋共振加热引起压力各向异性。对轴对称等离子体平衡程序HELENA进行了改进，使之包括各向异性和环形流。用解析和数值方法研究了各向异性平衡态的决定因素及其对磁通面、磁轴偏移、压力和密度等值线偏离磁通面的影响。使用$p_\parallel/p_\perp \approx 1.5$时，$p_\perp$在$s=0.5$通量表面上可以变化20%，处于MAST样平衡。我们还重新评估了广泛应用的各向异性近似，其中$p^*=(p_\parallel + p_\perp)/2$，平行和垂直压力的平均值，作为近似的各向同性压力。我们发现用$p_\parallel/p_\perp \approx 1.25$分别用各向同性和各向异性模型重建相同的MAST放电，在环向场上有3%的差异，但在极向电流上有66%的差异。
2014-03-20 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 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
On non existence of tokamak equilibria with purely poloidal flow
本文证明了在磁流体力学（MHD）或霍尔模型框架下，不考虑可压缩性，纯极向质量流的托卡马克定态是不存在的。在压力各向异性和不可压缩流动的单流体等离子体模型中，不存在性仍然存在。
2007-01-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Determining the Validity of Tokamak Perturbed Equilibrium Modeling Using Nonlinear Equilibria
本研究利用非线性三维平衡确定托卡马克微扰平衡模型的正确轴对称参考系，验证了线性理论在现有线圈公差下的有效性，并为未来设备公差设定提供指导。
2025-06-17 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
An adjoint-based method for optimizing MHD equilibria against the infinite-n, ideal ballooning mode
我们展示了一个快速的伴随为基础的方法来优化托卡马克和仿星器平衡对压力驱动的不稳定性称为无限$n$理想气球模式。我们提出了三个有限的- $β$（热磁压力的比例）平衡：一个托卡马克平衡和两个仿星器平衡是不稳定的气球模式。利用理想磁流体动力学的自伴性质，我们构造了一种快速计算增长率变化的方法，这是一种理想气球不稳定性的度量。使用~ \texttt{SIMSOPT}框架，我们然后实现我们的快速伴随基于梯度的优化器，以最小化增长率，并找到稳定的平衡点，为每一个最初的三个不稳定的平衡。
2023-02-15 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
Neural network tokamak equilibria with incompressible flows
我们提出了几个数值解广义格拉德-沙夫拉诺夫方程（GGSE），它管理轴对称等离子体平衡与不可压缩的任意方向的流动，使用完全连接，前馈，深度神经网络，也被称为多层感知器。这样的人工神经网络（ANN）的训练，以近似托卡马克相关的平衡后，最小化的GGSE均方残差的等离子体体积和等离子体边界上的极向通量函数。解决方案的Solovev和一般的线性化的ananalgeses的自由函数中所涉及的GGSE获得和基准对已知的解析解。我们还构建了一个非线性平衡结合相关的高限制模式的特性。在我们的数值实验中，我们观察到，改变训练点的径向分布对训练解的准确性的影响非常小。特别是它示出，在等离子体边缘的训练点的局部化结果在ANN的解决方案，相当准确地描述了整个磁配置，从而证明了人工神经网络的插值能力。
2022-03-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Available energy of trapped electrons in Miller tokamak equilibria
本文计算了Miller托卡马克平衡中捕获电子的可用能量（Æ），发现其能复现实验趋势并与TGLF模型预测相符，揭示了负三角形度等几何参数对稳定性的影响及梯度阈值特性。
2023-10-24 physics.plasm-ph
Physics-Informed Kolmogorov-Arnold Networks for Grad-Shafranov Tokamak Equilibria
University of Ioannina（伊奥安尼纳大学）；Democritus University of Thrace（色雷斯德谟克利特大学）；Shandong University（山东大学）
本文提出结合KAN架构、引导训练与自缩放Broyden优化的物理信息网络，高效求解固定边界Grad-Shafranov平衡并识别剖面参数。
2026-09-22 physics.comp-ph 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
Feasibility of Negative Triangularity Equilibria in the SPARC Tokamak
SPARC环形炉可实现负三角形等离子体配置，尽管性能有所下降，但展示了其作为高场实验桥梁的潜力，可验证NT操作优势在反应堆相关条件下的可行性。
2026-03-01 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
On Vlasov approach to tokamaks near magnetic axis
先前在宏观理论中不存在具有纯极向流的托卡马克平衡的证明[Throumoulopoulos，Weitzner，Tasso，Physics of Plasmas第13卷，122501（2006）]激发了对环形和“直”托卡马克等离子体在磁轴附近的微观分析。尽管这里找到了弗拉索夫方程的新的精确解，宏观流动的结构仍然难以捉摸。
2007-01-23 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
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
An Improved Neoclassical Drift-Magnetohydrodynamical Fluid Model of Helical Magnetic Island Equilibria in Tokamak Plasmas
用改进的新经典四场漂移MHD模型计算了扰动离子极化电流对新经典撕裂模稳定性的影响。该计算涉及的压力和标量电势配置文件在附近的相关的磁性岛链，这使得链的传播速度是固定的自洽的确定。两种制度被认为是。首先，一个政权，其中新古典离子极向流阻尼是不够强，以提高极化电流的幅度（相对于板几何形状中发现的）。第二，一个政权，其中新古典离子极向流阻尼足够强，显着提高极化电流的幅度。在这两种制度中，考虑了两种类型的解决方案。首先，自由旋转的解决方案（即，不与静态、共振、磁扰动相互作用的岛链）。第二，锁定解决方案（即，通过与静态、共振、磁扰动的相互作用而在实验室框架中静止的岛链）。在所有情况下，极化电流要么总是稳定的，要么是稳定的，只要eta_i = d ln T_i/d ln n_e不超过某个阈值。在一定的eta_i范围内，极化电流对自由旋转的岛有稳定作用，而对相应的锁定岛有失稳作用。
2015-11-19 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
H-mode inhibition in negative triangularity tokamak reactor plasmas
高环模数不稳定性（$n$）气球模被认为是负三角形托卡马克平衡（$δ$）成形的主要梯度限制机制，当$δ\ll0$时，它阻止了进入强H模区。要了解这种机制如何外推到反应堆条件下，我们模型的无限$n$气球稳定性的内部配置文件和平衡形状的功能，使用的CHEASE和BALOO代码的组合。虽然观察到避免$2^\mathrm{nd}$对高$n$模式的稳定性所需的临界$δ$以复杂的方式取决于各种成形参数，包括平衡纵横比、伸长率和方形度，但具有负三角度的平衡被鲁棒地禁止进入$2^\mathrm{nd}$稳定性区域，从而提供了负三角度反应器应保持L模式样操作的预测。为了获得高$n$ $2^\mathrm{nd}$稳定性，整个不良曲率区域上的局部剪切必须足够负以克服低场侧的曲率不稳定。缩放的气球有限的基座高度提供作为等离子体参数的函数，以帮助未来的方案设计。
2022-04-26 physics.plasm-ph
Equilibria with incompressible flows from symmetry analysis
本文推广了[G. Cicogna和F. Pegoraro，Phys.Plasmas第22卷，022520（2015）]。特别地，我们构造了一个典型的托卡马克D形平衡，具有峰值环向电流密度，单调变化的安全因子和剪切电场。
2015-08-10 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
Effect of density changes on tokamak plasma confinement
在托卡马克等离子体放电过程中，粒子密度的变化（通过喷气、小球或杂质播种）产生径向电流，并隐含着可以改变约束状态的扭矩和旋转。电离后，新生的离子将朝着周期性的新古典轨道（捕获或循环）演化，但它们的第一部分漂移，先于周期性，是一个有效的径向电流。它是短的，空间有限的，并且对于每个新离子是唯一的，但是乘以电离率，它可以产生相当大的总径向电流。相关联的扭矩引起旋转，从而改变输送过程。本文用简单物理图象分析、数值模型和新经典漂移动力学处理三种方法导出了电离引起的径向电流的大小。这三种方法的结果是一致的，并表明电流确实可以很大。许多著名的实验观察可以在这个角度下重新考虑。在反应堆级等离子体中，约束可以受到足够的粒子燃料的强烈影响。
2015-07-10 physics.plasm-ph
Modelling of saturated external MHD instabilities in tokamaks: a comparison of 3D free boundary equilibria and nonlinear stability calculations
与线性MHD稳定性代码和非线性分析理论相比，最近已使用3D自由边界平衡计算来模拟外部扭结和边缘谐波振荡（EHO）[Kleiner等人，PPCF 61 084005（2019）]。在这项研究中，VMEC平衡代码的结果进行了比较，进一步与非线性减少MHD模拟，使用JOREK代码。这项调查的目的是了解在何种程度上的建模方法同意，并确定重要的物理效应，可以修改的动态。对于模拟的外部扭结，这是由一个单一的环形谐波占主导地位，良好的协议被发现时，一个大的伦德奎斯特数使用的JOREK模拟，这样的电阻效应是次主导。模拟EHO的多个环形谐波是线性不稳定的，所观察到的饱和扰动可以在主导的环形谐波不同。在理想时间尺度上，JOREK中观测到n=2的EHO，而VMEC预测的饱和扰动是n=1的模式.扩展到电阻效应可以发挥作用的时间尺度的模拟，类似的n=1的扰动可以foundation.The耦合不同的线性不稳定的环形谐波的JOREK模拟拓宽了磁能谱和遍历的等离子体边缘区域，导致在一个更本地化的压力扰动。在VMEC中没有观察到这些效应，因为封闭的磁通量表面是强制的。尽管JOREK结果对假设电阻率的敏感性，但即使对于这种更高级的情况，也可以使用合理一致的两种方法找到饱和状态。
2022-06-03 physics.plasm-ph
New axisymmetric equilibria with flow from an expansion about the generalized Solov'ev solution
本研究通过线性化假设与广义Solov'ev解展开，得到含环向和极向流动的广义Grad-Shafranov方程解析解，分析自由参数对平衡位形的影响，构建了多种适用于托卡马克、球形托卡马克和球马克的平衡态。
2025-02-22 physics.plasm-ph
Species dependence of the impurity injection induced poloidal flow and magnetic island rotation in a tokamak
本文通过电阻MHD模拟研究了托卡马克中杂质注入引起的极向流和磁岛旋转的物种依赖性，发现局部等离子体团形成决定杂质极向流，电磁转矩驱动磁岛同步旋转。
2023-07-07 physics.plasm-ph
Solving the Grad-Shafranov equation using spectral elements for tokamak equilibrium with toroidal rotation
本文用谱元法求解了环向旋转托卡马克平衡的Grad-Shafranov方程。Grad-Shafranov求解器建立在NIMEQ代码之上并扩展了NIMEQ代码[Howell和Sovinec，Comput.物理通讯185（2014）1415]先前开发用于静态托卡马克平衡。几何和代数收敛实现的多项式次数的频谱元素的基础上增加。本文对Solov'ev平衡在刚性环转动存在下的Grad-Shafranov方程，在已有的一组不同的平衡和转动廓线的解析解的基础上，得到了一个新的解析解。扩展的NIMEQ的数值解与解析解进行了基准测试，结果吻合良好。此外，还用FLOW程序[L.瓜佐托河贝蒂等人，Plasma 11（2004）604]。
2019-06-13 physics.plasm-ph
VEQ: a fast parametric Grad--Shafranov solver for fixed-boundary tokamak equilibria with flexible source profiles
Dalian University of Technology（大连理工大学）；Beijing VeloAlpha Technology Co., Ltd.（北京维奥阿尔法科技有限公司）；ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技开发有限公司）；Tianjin University of Technology and Education（天津职业技术师范大学）；Nankai University（南开大学）
提出VEQ快速参数化框架，通过变分投影残差求解固定边界Grad-Shafranov方程，支持多种输入路线，在三个测试案例中实现毫秒级求解和低形状误差。
2026-06-11 physics.plasm-ph
ELM-free Enhanced Dα H-mode with Near Zero NBI Torque Injection in DIII-D Tokamak
在DIII-D托卡马克近零NBI转矩注入下探索了无ELM的EDA H模式，通过时间分辨测量与CGYRO模拟揭示边缘准相干模式（QCM）可能源于捕获电子模式（TEM）不稳定性。
2024-02-09 physics.plasm-ph
Bayesian derivation of plasma equilibrium distribution function for tokamak scenarios and the associated Landau collision operator
在[C.DiTroia，等离子体物理和受控聚变，54，2012]中已经提出了一类参数分布函数作为聚变等离子体中带电粒子的平衡分布函数（EDF），表示中性束注入、离子回旋加速器加热场景的各向异性平衡中的超热粒子。此外，EDF也可以代表慢化$alpha$粒子和核心热等离子体群体的近各向同性平衡。这些EDF依赖于运动常数（COM）。假设轴对称系统没有平衡电场，EDF取决于环向正则动量$P_ϕ$、动能$w$和磁矩μ。在目前的工作中，EDFs获得的第一性原理和一般假设。推导是概率的，并利用贝叶斯定理。基于从磁矩和GC速度pdf获得的信息，baidu参数允许我们描述等离子体离先验概率分布函数（pdf）（例如麦克斯韦分布）有多远。一旦EDF的一般功能形式已经解决，它是如何关联的朗道碰撞算子和福克-普朗克方程，确保系统松弛对建议EDF。
2015-01-18 physics.plasm-ph
Connection between quasi-symmetric magnetic fields and anisotropic pressure equilibria in fusion plasmas
仿星器作为一种磁约束聚变概念，需要精心设计才能有效地约束粒子。一种可能的设计是使磁场具有一种称为准对称的性质。虽然人们普遍认为，稳态准对称平衡只能是精确的局部（除非系统有一个连续对称的方向，如托卡马克），我们建议在这项工作中，在平衡范式的变化可以改善这种限制。我们证明，存在着一个深的物理联系之间的准对称性和静磁平衡各向异性压力，延伸超出各向同性的压力平衡通常被认为是。
2022-02-01 physics.plasm-ph
Gyrokinetic equilibria of high temperature superconducting magnetic mirrors
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Puerto Rico, Mayagüez Campus（波多黎各大学马亚圭兹分校）
本文利用新型多尺度方法实现30000倍加速，通过显式全f陀螺动力学代码计算高温超导磁镜的动力学平衡，并验证了与解析理论的一致性。
2026-08-27 physics.plasm-ph
Emulation Techniques for Scenario and Classical Control Design of Tokamak Plasmas
本文提出用神经网络集成仿真托卡马克形状控制目标，结合超参数采样和马尔可夫链蒙特卡罗算法生成平衡库，实现亚毫秒级实时控制矩阵计算。
2024-03-27 physics.plasm-ph
A One-Dimensional Tearing Mode Equation for Pedestal Stability Studies in Tokamaks
从Connor等人（1988）[1]中的表达式出发，我们推导出一个一维撕裂方程，该方程类似于Hegna和Callen（1984）[2]和Nishimura等人（1998）[3]得到的近似方程，但适用于更实际的环形平衡。我们的目的是使用这种近似来探索陡峭的配置文件，自举电流和强大的成型在分界线附近的作用，撕裂模式的稳定性，这是共振的H-模式基座区域的有限纵横比，形状的横截面托卡马克，例如JET。我们讨论了撕裂模的一维模型，它假设扰动极向通量为单极向谐波，与Fitzpatrick等人（1993）[4]的包括极向耦合的模型相比。
2018-06-20 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with pressure anisotropy and plasma flow
在这篇硕士论文中，我们研究了压力各向异性和任意方向的不可压缩流对磁约束轴对称环形等离子体平衡性质的影响。主要的新颖的贡献是推导出一个相关的广义梯度Shafranov方程。该方程包括六个自由表面函数和恢复已知的梯度Shafranov方程在文献中，以及通常的静态，各向同性的。广义方程的形式表明，压力各向异性和流量的平衡作用相加。此外，两套解析解，一个扩展的Solovev一个等离子体到达分界线和扩展的Hernegger-Maschke一个等离子体周围的一个固定的边界拥有一个X-点，构造，特别是在相关的ITER和NSTX托卡马克。此外，压力各向异性的影响，通过假设是均匀的磁表面上的各向异性函数，和等离子体流，通过Alfvenic马赫函数的变化，对这些平衡进行检查。事实证明，取决于各向异性函数的最大值和形状，各向异性可以表现为顺磁性或抗磁性。此外，在大多数情况下，考虑的各向异性和流量有更强的影响NSTX平衡比ITER的。我们推测这些效应可能对等离子体的稳定性和输运产生影响，并在托卡马克向改进约束机制的过渡中发挥作用。
2016-08-14 physics.plasm-ph
Kinetic description of rotating Tokamak plasmas with anisotropic temperatures in the collisionless regime
受控聚变研究中一个很大程度上尚未解决的理论问题是一致的\textit{kinetic}处理发生在无碰撞和磁化轴对称等离子体中的慢时变等离子体状态。现象可能包括有限压力各向异性以及强大的环向和极向差分旋转，托卡马克等离子体的特征。尽管事实上，发生在聚变等离子体中的物理现象从根本上取决于微观粒子相空间动力学，其一致的动力学处理仍然基本上unchallaged至今。本文的目标是解决这个问题的框架内的弗拉索夫-麦克斯韦描述。采用带电粒子动力学的回转运动处理方法，构造了准稳态粒子动力学分布函数的渐近解。这些都表示在粒子精确和绝热不变量。该理论依赖于一个微扰的方法，它允许构建的Vlasov-Maxwell系统的渐近解析解。通过这种方式，反磁性和能量修正都被一致地包含在理论中。特别地，通过施加适当的动力学约束，指出了广义双麦克斯韦渐近动力学平衡的存在性。该理论适用于离子热速度的顺序的环形旋转速度。这些解同样满足麦克斯韦方程组所施加的约束，即准中性和安培定律。结果表明，在非均匀流体和电磁场的存在下，这些动力学平衡可以同时维持环形微分旋转，准静态有限极向流和温度各向异性。
2011-10-21 physics.plasm-ph
Transport Bifurcation in a Rotating Tokamak Plasma
在磁剪切为零的实验极限下，数值研究了托卡马克中流动剪切对湍流输运的影响。结果发现，等离子体是线性稳定的所有非零的流动剪切值，但亚临界湍流可以维持在很宽的温度梯度范围内的非线性。流动剪切增加了湍流的非线性温度梯度阈值，但也增加了热通量对温度梯度变化的敏感性，除了在阈值附近的小范围内敏感性降低。在平衡梯度的分叉被发现：对于一个给定的输入的热量，它是可能的，通过改变所施加的扭矩，触发过渡到显着更高的温度和流量梯度。
2010-11-16 physics.plasm-ph
Impact of plasma shaping on tokamak microstability
我们已经使用了本地$δ{f}$陀螺动力学代码GS 2进行研究的影响，通量表面成形两个高度成形，低和高$β$ JT-60 SA相关的平衡，包括一个成功的基准与GKV代码。我们发现了一种新的不稳定的静电波动与等离子体具有强烈的峰值压力分布的伸长率增加。我们解释的结果之间的竞争的局部磁剪切和有限拉莫尔半径（FLR）稳定。电磁研究表明，动力学气球模式是稳定的，由于FLR效应的敏感性增加，相对于离子温度梯度不稳定性增加的成形。然而，在足够高的$β$下，增加的伸长率降低了局部磁剪切稳定性，使得能够进入气胀第二稳定性区域。
2020-12-04 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
VEQDB: A Compact and Reconstructible Multi-Device Tokamak Equilibrium Database
Beijing VeloAlpha Technology Co., Ltd.（北京维洛阿尔法科技有限公司）；Key Laboratory of Materials Modification by Beams of the Ministry of Education, School of Physics, Dalian University of Technology（大连理工大学物理学院光束材料改性教育部重点实验室）
VEQDB是一个基于连续MXH-Chebyshev几何的紧凑可重构托卡马克平衡数据库，提供13,291个平衡，实现89-96倍压缩，支持跨设备比较与降阶建模。
2026-09-22 physics.plasm-ph
Plasma Position Constrained Free-Boundary MHD Equilibrium in Tokamaks using pyIPREQ
本研究开发了基于有限差分与格林函数法的托卡马克自由边界MHD平衡程序pyIPREQ，在PEST、IPREQ框架基础上新增多项功能，经基准验证后可用于多托卡马克装置的平衡计算与场景预测。
2025-10-03 physics.plasm-ph
Kinetic instabilities that limit β in the edge of a tokamak plasma: a picture of an H-mode pedestal
利用巨磁球形托卡马克（MAST）重建的等离子体平衡具有足够的分辨率来捕捉等离子体在边缘局域模（ELM）之间的短时间内的演化。紧接着ELM之后，压力P和密度ne的陡梯度在分界线附近形成了裂缝，然后它们扩展到核心。本地陀螺动力学分析的ELM周期揭示了占主导地位的微观不稳定性在垂直波长的离子拉莫尔半径的顺序。这些是基座中的动力学气球模式（KBM）和靠近基座顶部的核心中的微撕裂模式（MTM）。不断发展的增长率谱，支持使用人工局部平衡扫描的陀螺动力学分析，提出了一个新的物理图片的形成和逮捕这个基座。
2012-05-14 physics.plasm-ph
