A minimally constrained model of self-organized helical states in reversed-field pinches
我们表明，自组织的单螺旋轴（SHAX）和双螺旋轴（DAX）状态在反向场箍缩可以复制在一个最小的约束平衡模型，仅使用五个参数。这是对以前的SHAX表示的显著减少，它需要无限数量的约束。DAx状态具有非平凡的拓扑结构，以前没有使用保持这种拓扑结构的平衡模型来复制。我们表明，这两种状态是在等离子体核心的传输势垒形成的结果，与实验结果一致。
2013-06-19 physics.plasm-ph
Enhanced dynamo drive for the sawtooth relaxation process due to non-uniform resistivity distribution in a reversed field pinch
本研究通过三维电阻磁流体动力学代码NIMROD模拟，发现反向场箍缩等离子体中与实验相似的非均匀电阻率剖面可引入额外电场，加速磁通量扩散并改变自持反转状态，显著增强发电机效应和锯齿过程。
2025-02-20 physics.plasm-ph
Relaxation models for Single Helical reversed field pinch plasmas at low aspect ratio
最近关于单螺旋（SH）反向场箍缩（RFP）等离子体中主导模式的纵横比（即环面的长短半径之比）的标度的研究[1]表明，在中等纵横比下，螺旋态中的主导环面模式数可以解释为弛豫过程的结果。在这项工作中，理论模型进行了比较，并验证了在低纵横比RELAX设备[2]中获得的实验数据。[1]R. Paccagnella，Phys. of Plasmas 23（2016）092512. [2]S. Masamune等人，J.Phys.Soc.Japan 76（2007）123501。
2018-05-09 physics.plasm-ph
Impact Of A Uniform Plasma Resistivity In MHD Modelling Of Helical Solutions For The Reversed Field Pinch Dynamo
到目前为止，磁流体动力学（MHD）模拟的反向场箍缩（RFP）是假设轴对称径向时间无关的耗散轮廓。在螺旋状态下，这个假设是不正确的，因为这些耗散应该是通量函数，并且也应该表现出螺旋对称性。因此，更正确的模拟应该包括自洽耗散配置文件。作为在这个方向上的第一步，均匀耗散配置文件的情况下被认为是通过使用三维非线性粘阻MHD代码SpeCyl。研究发现，电阻率剖面的平坦化导致发电机作用的减小，从而导致边际反转甚至非反转的平衡解。这一结果的物理起源进行了讨论的RFP发电机的静电漂移的解释。这就限制了耗散结构在未来自洽模拟中的功能选择。
2016-03-11 physics.plasm-ph
Equilibrium reconstruction for Single Helical Axis reversed field pinch plasmas
单螺旋轴（SHAx）结构是强流反场箍缩（RFP）等离子体的自然状态。这些状态的特点是在核心等离子体中存在传输势垒。在这里，我们提出了一种方法来计算这些状态的平衡磁表面的无力近似，这已经实现了SHEq代码。该方法是基于叠加的零阶轴对称平衡和一阶螺旋扰动计算根据Newcomb的方程与边缘磁场测量补充。所测得的电子温度分布，软X射线发射和干涉密度测量计算的磁表面上的映射表明的平衡重建的质量。计算通量表面平均值的程序进行说明，并适用于评估的热导率分布。文中还讨论了所求得的平衡点与欧姆定律的一致性。
2011-01-11 physics.plasm-ph
Signatures of non-Markovian turbulent transport in Reversed Field Pinch plasmas
本文研究了一个真实的反场箍缩磁场位形模型中磁力线的输运。结果表明，输运是反常的，即，它不能用标准的扩散范例来描述。为了适应数值结果，我们提出了一个基于连续时间随机游走形式主义的运输模型。相当好的定量协议出现指数记忆功能。
2005-04-08 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Two-fluid boundary turbulence simulations in reversed field pinch plasmas
University of Padua（帕多瓦大学）；Consorzio RFX (CNR, ENEA, INFN, Università di Padova, Acciaierie Venete SpA)（RFX联盟（意大利国家研究委员会、国家新能源研究中心、意大利国家核物理研究所、帕多瓦大学、威尼斯钢铁公司））；Istituto per la Scienza e la Tecnologia dei Plasmi (ISTP), CNR（等离子体科学与技术研究所，意大利国家研究委员会）
本工作扩展GBS代码以支持反场箍缩构型的边界湍流模拟，应用于RFX-mod等离子体模拟发现其边缘流体湍流建模因短平行连接长度存在局限，捕获电子模是主导微观不稳定性。
2026-08-04 physics.plasm-ph
Relaxation models for Single Helical Reversed Field Pinch plasmas
本文重新审视了几年前针对存在单一主导模式的等离子体提出的弛豫理论。数值计算和讨论了相关特征值问题的解。虽然这些解非常丰富，并且可以很好地再现实验中测量的磁场，但是在理论中没有方法来确定主螺旋度，主螺旋度是模型中的自由参数。为了找到系统中的首选螺旋度，我们建议最大限度地减少从另一个状态，这是作为一个两个区域的推广泰勒松弛模型，允许电流跳跃的松弛状态的距离。结果发现，这种比较是能够预测所观察到的缩放与纵横比和反转参数的主导模式在单螺旋态。
2016-10-26 physics.plasm-ph
Reconstruction of the magnetic perturbation in a toroidal force-free circular plasma: application to the Reversed Field Pinch
本文提出了一种计算圆形截面环形无力等离子体中磁扰动径向分布的新方法。该方法是相当普遍的，可以适用于任何圆形低β等离子体一旦施加适当的边界条件。特别是，由于其特性，它适合于描述反向场箍缩（RFP）配置。环形几何的曲线度规采用磁通坐标描述，磁场用两个独立势的逆变表示。该方法导致一个系统的Newcomb方程在两个独立的潜力模式具有相同的环形n-数和极向模数m耦合的环面。这种描述的优点在于，电势连同度量系数可以以直接的方式与磁场相关。此外，它是形式上简单，并保持了类似的圆柱形处理。实际上，在RFPs中，通常采用圆柱形几何来分析MHD不稳定性。尽管如此，一个更现实的环形几何形状的效果可以发挥重要的作用，实际上通过应用该方法的反向场实验（RFX）等离子体，我们发现，对磁扰动的环形效应是不可忽略的。
2004-10-21 physics.plasm-ph
Impact of impurities on drift wave instabilities in reversed-field pinch plasmas
利用回旋积分本征模方程，数值研究了反向场箍缩（RFP）等离子体中杂质离子存在时的漂移波。有人发现，在RFP等离子体与中空密度分布，增加$k_θρ_s$增加的离子温度梯度（ITG）的增长率。通过比较等离子体密度分布均匀和空心的结果，发现空心密度分布下的ITG模更难激发。对于杂质的影响，当杂质的密度梯度与一次离子的密度梯度相反时，即当$L_{ez}$为负值时，杂质会增强不稳定性。相反，当$L_{ez}$为正时，不稳定性稳定。对于俘获电子模（TEM），空心密度分布的等离子体下的生长速率保持小于标准密度梯度。存在$L_{ez}$阈值。当$L_{ez}$小于该值时，杂质使TEM不稳定，而当$L_{ez}$大于该值时，杂质使TEM稳定。$L_{ez}$对TEM的影响还取决于等离子体密度梯度和杂质种类。此外，还研究了碰撞性对TEM的影响。
2022-04-16 physics.plasm-ph
Stepped pressure equilibrium with relaxed flow and applications in reversed-field pinch plasmas
多区域弛豫磁流体动力学（MRxMHD）已成功地在三维（3D）位形中构建平衡态。在MRxMHD中，等离子体被切割成由理想界面分隔的子体积，每个子体积都经历弛豫，从而形成岛和混沌。所得到的平衡具有跨越子体积的阶梯式压力分布。阶跃压力平衡规范（SPEC）[S.R. Hudson等人，等离子体19，112502（2012）]，以数值计算MRxMHD平衡。在这项工作中，我们已经扩展了SPEC代码来计算MRxMHD平衡与现场对齐的流动和旋转，以下的理论发展，将交叉螺旋和角动量的约束。该代码已经过收敛性验证，并与2D中的Grad-Shafranov求解器进行了比较。我们利用我们的新工具研究了反向场箍缩放电崩溃前后的流场变化，其中平行流的数据是可用的。我们发现，有希望的结果，在交叉螺旋度和角动量的约束下，平行流剖面碰撞后SPEC平衡是平坦的等离子体核心和流量的振幅匹配的实验观察。最后，我们提供了一个例子平衡与三维螺旋场结构作为有利的较低的能量状态。这将是第一个3D数值平衡，其中流动效应是自洽计算的。
2020-01-20 physics.plasm-ph
Three-dimensional unmagnetized Mach probe analysis and initial flow measurements in reversed-field pinch experiments
本文提出一种矩阵方法分析三维无磁化马赫探针数据，并在MST反场箍缩实验中初步测量等离子体流速，发现流速大小与预期相符但方向有差异，并探讨了探针调节和快电子因素。
2025-10-17 physics.plasm-ph
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
Effects of Magnetic Helicity on 3D Equilibria and Self-Organized States in KTX Reversed Field Pinch
该研究利用 MRxMHD 模型和 SPEC 模拟 KTX 反场箍缩平衡，揭示磁螺旋度如何驱动轴对称、双轴螺旋及 QSH 状态转变。
2024-04-06 physics.plasm-ph
Integrated 3D fully kinetic simulation of field-reversed-configuration formation with embedded coils
State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室）
该研究针对场反转构型形成进行集成三维全动力学粒子模拟，将驱动线圈嵌入计算域，以荧光一号θ箍缩装置为例，从第一原理捕获磁重联等，再现完整形成序列及相关特征，在适度GPU硬件上实现了相关动力学建模。
2026-07-15 physics.plasm-ph
Stability of drift waves in a field reversed configuration
在没有环形磁场的场反转结构中，漂移波在等离子体输运中起着重要的作用。在这些系统中，极向场的短连接长度通过影响波粒共振而导致显著的稳定。在大长径比的限制下，场反转位形采用圆柱形Bennett箍缩模型。从动力学理论出发，导出了普适模的径向本征模方程，并用二次型方法研究了其稳定性。场线的短连接长度导致等离子体内部的离子朗道阻尼，并且模式的稳定性取决于温度比Ti/Te的值
2008-11-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Neutral Particle Analyzer for Studies of Fast Ion Population in Plasma
美国布德克核物理研究所研制了一台用于等离子体诊断的先进中性粒子分析仪，可同时测量D和H离子的能量分布。该分析仪被用于两个等离子体设施注入快中子-在MST反向场箍缩（威斯康星大学）和场反向配置C-2（三阿尔法能源）。本文介绍了分析器的设计、配准效率的计算、分析器的标定结果以及MST和C-2实验的结果
2011-11-24 physics.plasm-ph
Pinch dynamics in a low-$β$ plasma
本文研究了两个导电同轴圆柱体之间的环形空间中高电导等离子体中螺旋磁场${\bf B}({\bf x}, t)$的弛豫问题。等离子体密度低，其压力与磁压力相比可以忽略不计;等离子体的流动由洛伦兹力驱动，能量主要由介质的粘度耗散。磁场的轴向和环向通量在理想电导率极限下是守恒的，每单位轴向长度的质量也是守恒的。磁场在快速初始阶段松弛到无力状态，然后由于弱电阻率$η$的影响而缓慢衰减，同时被约束保持近似无力。兴趣集中在松弛场是否可以达到泰勒状态;但在假设的条件下，轴向和环向通量在每个圆柱拉格朗日表面内守恒，这是不可能的。因此，探索性地研究了与等离子体中的不稳定性和湍流相关的额外$α$效应的影响。采用与$q\,η\, ({\bf j}\cdot {\bf B})$成比例的假定的伪标量形式的$α$，其中$ {\bf j}=\nabla\times {\bf B}$和$q$是$\mathcal{O}(1)$无量纲参数。结果表明，当$q$小于一个临界值$q_c$，演变仍然是顺利的，类似于$q=0$，但如果$q>q_c$，负扩散效应作用于轴向分量的$\bf B$，产生高频快速阻尼振荡和相关的瞬态外观反转轴向场。然而，标量$γ={\bf j}\cdot {\bf B}/B^2$保持高度不均匀，使得场再次显示没有松弛到$γ$必须恒定的泰勒状态的迹象。
2017-03-02 physics.plasm-ph
Global Linear and Nonlinear Gyrokinetic Simulations of Tearing Modes
本文修改全局回旋动理学代码Gene以模拟MST反场箍缩中的撕裂模，通过线性与非线性模拟揭示其饱和机制源于模式耦合和能量转移，为研究撕裂模与微观湍流相互作用奠定基础。
2023-10-12 physics.plasm-ph
Rotating mirror with all-directional pinch compressions - The beauty and simplicity in controlled nuclear fusion
Institute for Fusion Studies, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）
该研究基于美与简洁理念，提出结合磁约束与惯性约束核聚变的带分离电极旋转镜全向箍缩方案，可提升聚变速率，有望达到劳森判据，验证聚变能源和平利用可行性。
2026-07-30 nucl-th physics.plasm-ph
Microturbulence studies in RFX-mod
现今的反向场箍缩（Reversed Field Pinches，RFPs）的特征是其核心的准层状磁结构，其边界具有尖锐的内部输运势垒，类似于托卡马克和仿星器。磁混沌的减弱导致伴随粒子和热沿漂移磁力线输运的减少。同时，陡峭的温度梯度的增长可能触发漂移微不稳定性。在这项工作中，我们总结了最近在RFP RFX-mod中所做的工作，以评估离子温度梯度（ITG），陷阱电子模式（TEM）和微撕裂模式等静电和电磁微不稳定性的存在和对运输的影响。
2010-09-10 physics.plasm-ph
The plasma boundary in Single Helical Axis RFP plasmas
在强流反场箍缩（RFP）等离子体中获得的单螺旋轴（SHAx）态显示，除了m=1谱中的主模外，还有一个主模m=0，其环形模数与m=1模相同。这两种模式具有固定的相位关系。由m=0模式跨越反转表面产生的岛链在环向场的浅反转处产生X点结构，该结构将最后一个闭合通量表面与第一壁分离，从而产生偏滤器状配置。发现等离子体与壁面的相互作用与场线与壁面相交的连接长度有关，场线与壁面相交的连接长度显示出由主模环形周期调制的图案。这种配置，这只发生在浅环向场反转，可以利用来实现类似仿星器的岛偏滤器。
2009-09-17 physics.plasm-ph
A model of driven and decaying magnetic turbulence in a cylinder
利用平均场理论，我们计算了具有理想导电边界的圆柱体中的磁场的演化，该圆柱体具有外加的轴向磁场和电场。因此，在系统中注入的磁螺旋度可以重新分配的磁螺旋度通量的梯度的小尺度磁场的本地电流螺旋度。轴向磁场的弱反转被认为是系统中的磁螺旋通量的结果。这种通量在天体物理学应用中被称为减轻α效应的灾难性淬灭。讨论了反向场箍缩在等离子体约束装置中的应用。
2011-06-06 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Two-fluid effects on the nonlinear dynamics of RFP relaxation
Hunan University of Arts and Science（湖南文理学院）
该研究通过双流体模拟发现，反场箍缩（RFP）等离子体的双流体效应会引发独特锯齿振荡，霍尔介导的能量重分配导致稳态通量泵浦向准周期锯齿弛豫的动力学分岔。
2026-08-24 physics.plasm-ph
Local measurement of error field using naturally rotating tearing mode dynamics in EXTRAP T2R
提出了一种利用自然旋转撕裂模（TM）振幅调制的误差场（EF）检测技术，并在EXTRAP T2R反场箍缩中进行了验证。该技术被用来识别$m/n = 1/-12$的本征EF，其中$m$和$n$是极向和环向模式数。的EF和共振磁扰动（RMP）的TM上的效果，特别是对振幅调制，建模与修改卢瑟福方程的一阶解。在实验中，TM振幅测量作为环向角的函数，因为TM在存在未知EF和已知的故意施加的RMP的情况下快速旋转。RMP振幅是固定的，而环形相位从一次放电到另一次放电是变化的，完成了完整的环形扫描。使用具有不同RMP振幅的三个这样的扫描，从TM振幅最大化的相位推断EF振幅和相位。估计的EF幅度与其他估计一致（例如，基于最佳EF消除RMP，导致最快的TM旋转）。这种技术的一个被动的变体，其中没有应用RMP，并推导出EF相位。
2016-06-04 nucl-ex physics.plasm-ph
Spectrum of multi-region-relaxed magnetohydrodynamic modes in topologically toroidal geometry
本文给出了计算磁约束环形等离子体线性化扰动的稳定和不稳定本征模谱问题的一般公式。分析是基于一个新的磁流体动力学模型，多区域松弛磁流体动力学（MRxMHD），该模型的等离子体磁场系统作为多个区域组成，包含可压缩的欧拉流体和泰勒松弛磁场，分离的灵活的理想MHD电流片。这是说明使用第一性原理分析的两个区域板的几何形状，与周期性的边界条件来模拟典型的托卡马克或反向场箍缩等离子体的外部区域。计算了对撕裂模和扭结撕裂模不稳定的等离子体的最低和次低本征值。非常接近边际稳定性的最低模式使用不可压缩近似的动能归一化本研究中得到的对应于在以前的研究中发现的特征值较少的物理归一化。
2016-11-15 physics.plasm-ph
Simultaneous feedback control of toroidal magnetic field and plasma current on MST using advanced programmable power supplies
感应电场的可编程控制实现了Madison Symmetric Torus（MST）设备中反向场箍缩（RFP）等离子体的高级操作，并进一步发展了欧姆加热聚变RFP等离子体的技术基础。MST的极向和环向磁场（$B_\text{p}$和$B_\text{t}$）可由基于集成栅双极晶体管（IGBT）的可编程电源（PPS）提供。为了提供对$B_\text{p}$和$B_\text{t}$电路的实时同时控制，开发了与时间无关的集成模型。考虑用于控制的致动器是由PPS产生的$B_\text{p}$和$B_\text{t}$初级电流。控制系统的目标是跟踪可在等离子体表面测量的两个特定需求量（$r=a$）：等离子体电流$I_\text{p} \sim B_\text{p}(a)$和RFP反转参数$F\sim B_\text{t}(a)/Φ$，其中$Φ$是等离子体中的环形通量。边缘安全系数$q(a)\propto B_t(a)$倾向于跟踪$F$，但不完全相同。为了理解$I_\text{p}$和$F$对致动器的响应，并使控制算法的系统设计成为可能，进行了专门的实验，其中对致动器进行了调制，并使用系统识别方法生成了线性化动态数据驱动模型。我们进行了一系列的初始实时实验，以测试所设计的反馈控制器，并验证推导出的模型预测。反馈控制器显示系统的改进，比简单的前馈控制器。
2020-08-12 physics.plasm-ph
