Hamiltonian estimation of island width threshold for stochasticity onset on edge pedestal top in presence of a resonant magnetic perturbation
本文用哈密顿方法分析托卡马克RMP诱发的非线性磁拓扑，并比较重整化、LE与WBA三种混沌判据，验证其对大尺度随机化阈值预测的一致性，为ELM控制提供磁岛宽度定量准则。
2025-10-18 physics.plasm-ph
The Density Dependence of Edge-Localized-Mode Suppression and Pump-out by Resonant Magnetic Perturbations in the DIII-D Tokamak
边缘局域模（ELM）抑制和密度泵出（密度降低）的n = 2共振磁微扰（RMP）的密度依赖性是一致的，在DIII-D低碰撞性等离子体中的H-模式基座的顶部和底部的狭窄的分离良好的磁岛的影响。DIII-D ITER相似形状（ISS）放电的非线性双流体MHD模拟表明，在低碰撞性下，在基座顶部的谐振场穿透需要低基座密度，这与这些DIII-D等离子体中普遍存在的ELM抑制的低密度要求一致。模拟预测的基座压力下降，由于平行运输跨越这些窄宽度（0.02）的磁性岛在顶部的基座，是稳定的剥离剥离-剥离-模式（PBM），并在实验中观察到的基座压力降低ELM抑制的开始。模拟预测在实验相关水平（~ 20%）的密度泵出在低基座碰撞，由于非常狭窄的（~0.01-0.02）RMP驱动的磁岛在基座脚在~0.99。模拟结果表明，随着密度的增加，泵出减少，与实验一致，导致平行粒子输运在底座的脚电阻率的反向依赖。在密度泵出和ELM抑制期间，在基座的顶部和底部之间预测共振场的鲁棒屏蔽，与在实验中看到的边缘传输势垒中的强温度梯度的保存一致。
2019-12-13 physics.plasm-ph
Strong ExB shear flows in the pedestal region in H-mode plasma
我们报告的第一个实验观察的H-1环形Heliac的H模式等离子体的基座区域的稳定带状流。E_r切变中的强峰标志着密度基座的顶部和底部。在E_r增大的区域，观测到较强的m=n=0低频（f <0.6kHz）纬向流，表明纬向流对E_r径向分布的空间调制有重要贡献。纬向流的径向局部化与零磁剪切区域和低阶（7/5）有理曲面相关。
2007-01-03 physics.plasm-ph
Towards the construction of a model to describe the inter-ELM evolution of the pedestal on MAST
已经获得了跨越ELM循环的基座剖面，并用于测试MAST中基座压力梯度受动力学扰动模式（KBM）开始限制的想法。在MAST上规则I型ELM排放的ELM间隔期间，压力基座高度和宽度一起增加，而压力梯度在ELM循环期间仅增加15%。稳定性分析表明，基座区域的无限n气球模式是不稳定的，也扩大了在ELM周期。为了检验对n = \infty理想磁流体动力学气球模式不稳定的区域的宽度与KBM之间的关系，本文用GS2程序对MAST边缘等离子体区域进行了微稳定性分析。回旋动力学模拟发现，KBM模式与扭转奇偶校验是占主导地位的微观不稳定性在陡峭的基座区域，过渡到更缓慢增长的撕裂奇偶校验模式在浅的压力梯度核心区域内的基座顶部。在ELM周期中，KBM不稳定的区域增加，并且发现KBM不稳定的区域与无限n理想气球模式之间存在良好的相关性。
2011-09-30 physics.plasm-ph
MHD and Gyro-kinetic Stability of JET Pedestals
在高三角形射流等离子体中的基座轮廓测量表明，在ELM循环中，在低燃料下，基座宽度减小，而在高燃料下，基座宽度保持不变。在低燃料的情况下，基座压力梯度保持增加，直到ELM崩溃，在高燃料的情况下，它最初增加，然后在ELM循环期间饱和。稳定性分析表明，射流等离子体成为不稳定的有限n理想MHD剥离气球模式在ELM周期结束。在ELM循环过程中，由于自举电流较大，无限n理想磁流体气球模和动力学气球模在基座的大部分陡压力梯度区都是局部稳定的，而在极边缘等离子体的一个狭窄区域则是局部不稳定的.在JET基座顶部发现了不稳定的微撕裂模式，但它们是离子温度梯度模式的次主导模式。它们对碰撞不敏感，并通过增加密度梯度来稳定。
2013-12-04 physics.plasm-ph
I-mode pedestal relaxation events in the Alcator C-Mod and ASDEX Upgrade tokamaks
在某些条件下，I模式等离子体可以具有基座弛豫事件（PRE），其瞬时增强到达偏滤器靶板的能量。为了揭示它们的外观、特性和到达偏滤器靶的能量，对两台托卡马克装置$-$ Alcator C-Mod和ASDEX Upgrade $-$进行了对比研究。研究发现，PRE仅出现在I模放电的一个子集中，主要是当等离子体接近H模跃迁时。此外，触发不稳定性的性质进行了讨论，通过比较测量接近两个设备中的分界线。从受限区域的PRE相对能量损失随着基座顶部碰撞性$ν_{\mathrm{ped}}^*$的减小而增加。此外，在基座顶部的相对电子温度下降，这是有关的传导能量损失，增加与减少$ν_{\mathrm{ped}}^*$。最后，将两种装置中偏滤器上测量的PRE引起的峰值平行能量通量与[1]中介绍的I型ELM模型进行比较。该模型提供了一个上边界的PRE能量注量数据，而下边界被发现，通过将模型除以三。这两个边界用于预测未来的设备，如DEMO和ARC。
2021-09-06 physics.plasm-ph
The JET hybrid H-mode scenario from a pedestal turbulence perspective
本研究首次全面表征JET混合H-mode台基的回旋动理学湍流输运，通过模拟明确不同台基区域的主导不稳定模及E×B剪切、杂质的影响，验证了类反应堆条件下结果的稳定性。
2024-05-17 physics.plasm-ph
The Role of Edge Resonant Magnetic Perturbations in Edge-Localized-Mode Suppression and Density Pump-out in low-collisionality DIII-D Plasmas
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；General Atomics（通用原子能公司）；Max-Plank-Institut fur Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
利用TM1代码进行双流体非线性MHD模拟，表明H模台基顶部和底部磁岛的形成，以及台基梯度区共振场的强屏蔽，可解释低碰撞率DIII-D等离子体中n=2共振磁扰动导致的ELM抑制和密度排出。
2026-07-01 physics.plasm-ph
Control of pedestal-top electron density using RMP and gas puff at KSTAR
Columbia University（哥伦比亚大学）
KSTAR实验通过RMP和气体填充控制pedestals-top电子密度，采用多层感知机加速重建并实现动态目标跟踪。
2025-06-25 physics.plasm-ph
Characterization of Pedestal Burst Instabilities during I-mode to H-mode Transition in the EAST Tokamak
在EAST托卡马克I模到H模的跃迁过程中，准周期基座爆发不稳定性（PBIs）以交替的湍流抑制和爆发为特征，已被各种边缘诊断清楚地识别出来。PBI引起的相位扰动的径向分布表明，PBI是局域化的基座。在每个PBI之前，可以清楚地分辨出靠近基座顶部的密度梯度的显著增加，然后产生湍流突发，伴随着密度分布的松弛，然后诱导向外的粒子通量。PBI引起的相对密度扰动约为$6 \sim 8\%$。统计分析表明，触发第一次PBI的基座归一化密度梯度有一个阈值，大部分在$22 \sim 24$范围内，表明PBI触发不稳定性可能是由密度梯度驱动的。触发最后一次PBI的基台归一化密度梯度约为$30 \sim 40$，并且似乎随着损失功率和弦平均密度的增加而增加。此外，PBI的频率可能与弦平均密度和损耗功率成反比。这些结果表明，PBIs和先于PBIs的密度梯度瞬增可以被认为是控制I-H转变的前兆。
2022-02-07 physics.plasm-ph
Sandpile modelling of dual location fuelling in fusion plasmas
我们修改了Chapman沙堆模型（Chapman \textit{et al} \textit{Physical Review Letters} 86，2814（2001））以形成与用于减少或消除融合等离子体中ELM的弹丸起搏的比较。我们采用了该模型的一种变体，其中引入了具有反馈的基座（Bowie和Hole \textit{Phys. Plasmas} 25，012511（2018）），我们进一步修改该模型以提供双燃料-在沙堆的中心和边缘附近添加沙子。我们观察到，当在基座顶部添加额外的沙子时，MLE在很大程度上被抑制。虽然这种抑制是以减少总能量限制为代价的，但这种减少低于MLE尺寸的减少。MLE抑制和能量限制的减少之间的权衡不仅取决于额外沙子的量，而且还取决于其相对于基座顶部的精确位置。我们认为，恒定的双燃料的方法可能同样适用于等离子体，并可能建议在融合等离子体ELM抑制的策略。我们观察到，当使用基于ITER的ELM抑制所建议的频率和量的建议量的额外砂以“颗粒”的形式添加时，MLE类似地被抑制，尽管当颗粒速率基本上不超过MLE频率时，MLE没有被显著抑制。这表明，在小颗粒尺寸和高频率下在基座顶部的颗粒注入可能代表我们提出的方案的合理物理代理。然而，我们的研究结果表明，这不是同步的颗粒ELM频率，这是ELM抑制在这个制度的关键因素，而是在基座的顶部引入额外的燃料。
2020-01-26 physics.plasm-ph
Wide operational windows of edge-localized mode suppression by resonant magnetic perturbations in the DIII-D tokamak
在DIII-D托卡马克装置中，共振磁扰动（RMP）对边缘局域模（ELM）的抑制通常发生在等离子体电流（或磁安全因子q95）的非常窄的范围内。然而，为了ITER和未来反应堆的安全性和操作灵活性，需要宽范围的q95 ELM抑制。在DIII-D ITER相似形状（ISS）等离子体与n=3 RMP，ELM抑制的q95的范围被发现随着电子密度的降低而增加。非线性双流体MHD模拟重现所观察到的Q95窗口ELM抑制和对等离子体密度的依赖性，基于在基座顶部的谐振场穿透的条件。当RMP振幅接近共振场穿透的阈值时，只有狭窄的孤立磁岛在基座顶部附近形成，导致ELM抑制的窄q95窗口。然而，由于场穿透的阈值随着密度的降低而降低，因此谐振场穿透可以在更宽的q95范围内发生。对于足够低的密度（穿透阈值），多个磁岛在基座顶部附近形成，从而产生连续的q95 ELM抑制窗口。该模型预测，通过转向更高的环形模数（n=4）RMP，可以在DIII-D中大幅提高基座压力的情况下实现ELM抑制的宽q95窗口。
2020-07-01 physics.plasm-ph
I-mode pedestal relaxation events at ASDEX Upgrade
I模式约束机制可以以小的边缘温度下降为特征，这可以导致沉积到偏滤器靶上的能量的增加。在这项工作中，我们表明，这些事件都与电子温度和密度边缘分布的松弛，最大的下降发现在基座顶部的位置。边缘轮廓的稳定性分析表明，操作点远离理想的剥离-气胀边界。此外，我们表明，这些事件出现接近的H-模式转换在ASDEX升级的典型的I-模式操作空间，并没有进一步增强的能量约束时，发现它们发生。此外，刮落层运输在这些事件中被发现是非常相似的I型ELMs，关于时间尺度（$\approx$ 800 $μ$ s），灯丝传播，在中平面和内部和外部偏滤器沉积的能量之间的不对称的环形不对称的能量流出。特别是，后者揭示了更多的能量到达外偏滤器目标。最后，偏滤器峰值能量注量的第一次测量报告，并预测ARC -一个反应堆设计在I-模式下运行-绘制。
2020-06-20 physics.plasm-ph
Stochastic fluctuation and transport of tokamak edge plasmas with the resonant magnetic perturbation field
我们提出了一种称为复杂性熵分析的统计方法是有用的，以表征状态的等离子体湍流和通量的共振磁扰动（RMP）边缘局域模（ELM）控制实验。利用该方法可以将带有随机基座顶部温度波动的RMP ELM抑制相与带有混沌波动的自然ELM自由相区分开来。讨论了在基座顶部附近产生的随机温度波动可能是由基座顶部附近的场穿透窄层引起的。强制磁岛可以在RMP ELM抑制阶段发射相当大小（相对低k）的共振漂移波，并且它可以导致产生与岛周围的缠结场耦合的随机较高波数波动。对偏滤器上主要外撞击点周围离子饱和电流测量结果的分析表明，随着等离子体对RMP场响应的增强，离子饱和电流也变得更加随机。
2022-08-18 physics.plasm-ph
Integrated Modeling of SPARC H-mode Scenarios: Exploration of the Impact of Modeling Assumptions on Predicted Performance
本文在ASTRA框架内使用TGLF SAT2和EPED神经网络对SPARC H模场景进行集成建模与敏感性分析，发现台基参数对聚变增益影响最大，并证实12T和8T场景下分别能实现Q>5和Q>1的聚变性能。
2025-01-31 physics.plasm-ph
Effects of collisional ion orbit loss on neoclassical tokamak radial electric fields
在托卡马克边缘等离子体中，离子轨道损失对于产生径向向内电场$E_r$是重要的。特别是，这种效果是强调在偏转托卡马克与磁X点。在新古典平衡中，库仑碰撞可以将离子散射到损失轨道上并产生径向向外的电流，该电流在稳态下由来自粘性的径向向内的电流平衡。为了定量测量这种损失轨道电流在边缘基座，离子轨道通量诊断已实施的轴对称版本的gyrokinetic粒子在细胞代码XGC。作为这种诊断的第一个应用，一个新经典的DIII-D H模式等离子体研究使用回旋离子和绝热电子。通过研究堆芯中$E_r$的碰撞弛豫，证明了诊断的有效性。在此演示之后，在准稳态的边缘基座的损失轨道电流的数值测量。在这种等离子体中，发现来自$E_r$的离子上的径向电力近似地平衡边缘基座中的离子径向压力梯度，来自等离子体流项的径向力是次要分量。轨道损失对$E_r$的影响很小。离子轨道损失将如何影响全电流ITER等离子体基座中的$E_r$，作为后续的研究课题。
2021-12-02 physics.plasm-ph
Impurity peaking of SPARC H-modes: a sensitivity study on physics and engineering assumptions
MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马普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）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
SPARC H模式中杂质输运受物理和工程假设影响，研究显示湍流输运主导，低碰撞性设备将减少W积累。
2025-12-24 physics.plasm-ph
MHD simulations of small ELMs at low triangularity in ASDEX Upgrade
由于与I型ELM相关的风险，为热核实验堆制定小型和无ELM制度是一个高度优先的议题。考虑非线性扩展MHD模拟的ASDEX升级托卡马克的JOREK代码，我们探测制度，完全避免了I型ELMs提供的分界线密度是足够高的。在这个政权的基座的动态观察到定性类似于所谓的准连续排气（QCE）制度在几个方面。重复的I型ELMs由剥离气球模式（具有主导气球特征）引起的大致恒定水平的向外传输所取代，这些模式局限于封闭区域的最后5%（在归一化极向通量中）。模拟的低三角形等离子体过渡到I型ELMy H-模式，如果分界线密度充分降低，或者如果输入加热功率充分增加。的稳定因素，发挥了作用，在抑制小ELMs也研究通过分析模拟，包括抗磁效应在模拟中的重要性被突出。通过考虑在基座电阻率扫描，并通过测量极向速度的模式（并比较理想和电阻模式的理论估计），我们确定了潜在的不稳定性电阻剥离气球模式。将电阻率降低到低于实验相关条件（即，趋向理想MHD），将基座限制在I型ELM稳定性边界以下的剥离-膨胀模式显示出急剧下降的生长速率。
2021-10-15 physics.plasm-ph
Theory of Edge Localized Mode Suppression by Static Resonant Magnetic Perturbations in the DIII-D Tokamak
研究了DIII-D放电#158115基座区等离子体对外部产生的静态（n=2）共振磁扰动（RMP）的响应。在该特定放电中，RMP的共振振幅以1 Hz的频率以摆线方式调制。Hu，Nazikian等人采用合理的假设，即基座顶部的模式穿透是RMP诱导抑制边缘局域模（ELMs）的充分必要条件，（2019）可以定量方式解释在DIII-D放电#158115中观察到的密度泵出和RMP诱导的ELM抑制阈值。本文的主要目的是利用解析理论进一步简化Hu，Nazikian等人的模型，以这样的方式，可以在几分钟的实时时间内对DIII-D H模式放电中RMP诱导的ELM抑制进行完整模拟。第二个目的是获得一个更准确的理解的物理机制，在DIII-D托卡马克RMP诱导的ELM抑制。
2019-09-18 physics.plasm-ph
Operational Space and Plasma Performance with an RMP-ELM Suppressed Edge
本文通过比较AUG、DIII-D、EAST和KSTAR装置数据，系统研究了RMP抑制ELM等离子体的运行空间与性能定标，发现跨装置一致的台基密度极限，并证实外推至ITER和SPARC时无显著性能损失。
2024-03-06 physics.plasm-ph
Analytic Theory of Edge Localized Mode Suppression by Static Resonant Magnetic Perturbations in H-mode Tokamak Discharges
本文提出了一种通过外加静态共振磁扰动抑制H模托卡马克等离子体边缘局域模的解析理论。这个理论是基于一个合理的假设，即模式渗透在顶部的基座是一个必要和充分条件的RMP诱导抑制ELMs。该理论还利用了最近出版物中获得的一些关键见解（Fitzpatrick R 2019）。第一个认识是，在紧邻相关的共振表面的RMP的一个特定的螺旋组件的等离子体的响应，是由非线性磁岛物理，而不是由线性层物理。第二个观点是，新古典效应在RMP诱导的ELM抑制的物理学中起着至关重要的作用。最后的见解是，等离子体杂质在RMP引起的ELM抑制的物理中起着重要的作用。本文提出的理论是为了更好地理解ELM抑制DIII-D和ITER H模式放电。据发现，ELM抑制是唯一可能的，当q_95采取的值，位于某些狭窄的窗口。此外，这些窗口的宽度随着等离子体密度的增加而减小。假设核心等离子体旋转为20 krad/s，ITER模型H模式放电的窗口宽度被发现是类似的，但略小于，在一个典型的DIII-D H模式放电的窗口宽度。
2019-09-18 physics.plasm-ph
Overview of recent physics results from MAST
MAST的新结果，重点验证模型，以推断未来的设备。在启动实验期间的测量已经示出了体离子温度上升如何与重连场的平方成比例。在电流斜升期间，模型无法正确预测电流扩散。已经进行了实验，看边缘和核心湍流。在边缘，详细的研究揭示了灯丝特性如何决定近和远SOL密度分布。在核心中的内禀旋转和电子尺度湍流已被测量。快离子梯度通过鱼骨模式重新分布快离子的作用导致了MAST升级中中性束注入器的重新设计。在H模式中，在基座顶部的湍流已被证明是一致的，由于电子温度梯度模式。一个重连过程似乎发生在ELMs和灯丝释放的数量决定了在偏滤器的功率分布。共振磁扰动可以减轻ELMs提供的边缘剥离响应最大化和核心扭结响应最小化。环形模数n>1的本征误差场的减轻已被证明对等离子体性能是重要的。
2016-11-18 physics.plasm-ph
