Divertor heat fluxes and profiles during mitigated and unmitigated Edge Localised Modes (ELMs) on the Mega Amp Spherical Tokamak (MAST)
边缘局部模式（ELM）是未来设备的一个问题，因为它们会限制偏滤器的运行寿命。ELMs的缓解可以通过应用共振磁扰动（RMP）来执行，共振磁扰动的作用是降低等离子体边缘的压力梯度。在等离子体范围内，使用环形模数n=3，4和6的扰动，已进行了调查的影响，RMP MAST。已经看到，RMP增加ELM频率，这引起ELM能量的相应降低。减少的ELM能量降低了到偏滤器的峰值热通量，ELM能量减少三倍，产生峰值热通量减少1.5倍。偏滤器热通量剖面的测量结果表明，撞击点分裂的证据与使用真空代码ERGOS的建模一致。
2013-06-27 physics.plasm-ph
Pellet fuelling with edge-localised modes controlled by external magnetic perturbations in MAST
在MAST托卡马克装置上演示了利用浅冻结粒子对等离子体进行加料，同时利用外部磁场扰动对边缘局域模（ELM）进行抑制。后丸粒颗粒损失主要由ELM和ELM间气体燃料。结果表明，后丸ELMs的大小可以控制由外部磁场扰动。颗粒后ELM从颗粒沉积区的大部分（包括具有正密度梯度的区域）去除颗粒。解释这种特殊性的颗粒损失的机制建议。
2014-07-02 physics.plasm-ph
Towards understanding edge localised mode mitigation by resonant magnetic perturbations in MAST
通过应用n = 3、4和6共振磁扰动（RMP），MAST中的I型边缘局部模式（ELM）已得到缓解。对于非轴对称场的每一环向模数，ELM的频率都有显著的提高，偏滤器板上的峰值热流密度也随之降低。尽管边缘压力梯度显著下降，但ELM频率仍会增加，这将有望稳定被认为是I型ELM的剥离-膨胀模式。各种机制，可能会导致不稳定的剥离气球模式，包括基座加宽，等离子体旋转制动，三维的等离子体边界和存在的径向延伸的波瓣结构附近的X点。这导致了一个模型，旨在解决明显的二分法ELM控制，也就是说ELM抑制发生由于基座压力降低低于剥离气球稳定性边界，而压力的降低也可以导致ELM缓解，这是表面上的剥离气球模式的不稳定。在ELM缓解的情况下，基座加宽、X点附近的3d波纹或波瓣使气胀稳定性降低得如此之多，使得基座快速恢复以更频繁地在较低压力下越过新的稳定性边界，而在抑制的情况下，等离子体参数使得粒子传输将边缘压力降低到稳定性边界以下，这仅受到可忽略的旋转制动的轻微影响，小的边缘短的或短的，宽的裂片结构。
2013-05-16 physics.plasm-ph
Electron kinetics inferred from observations of microwave bursts during edge localised modes in the Mega-Amp Spherical Tokamak
最近对托卡马克等离子体边缘局域模（ELM）活动期间微波和X射线发射的测量为ELM物理提供了一个新的视角。很明显，电子动力学，这是不纳入标准（流体）模型的不稳定性，驱动ELMs，在新的观察中发挥了关键作用。这些影响应纳入未来的生态系统模型和生态系统循环模型。所观察到的辐射效应矛盾地意味着平行于磁场的电子加速与垂直动量的快速获取相结合。结果表明，这个悖论可以解决的异常多普勒不稳定性，使快速集体辐射弛豫的行动，在垂直方向上，在平行方向上加速的电子由感应电场产生的初始ELM不稳定性。
2014-11-04 physics.plasm-ph
Physical role of topological constraints in localised magnetic relaxation
预测湍流等离子体弛豫的最终状态是一个重要的挑战，无论是在天体物理等离子体，如太阳的日冕和受控热核聚变。最近的数值模拟等离子体弛豫编织磁场确定了一种新的约束的可能性，所产生的拓扑度的磁场线映射。这个约束意味着最终的松弛状态对于拓扑度为1（允许泰勒松弛）的初始配置和拓扑度为2（没有达到泰勒状态）的初始配置是完全不同的。在这里，我们测试这种过渡的数值连续磁流体动力学模拟，通过嵌入一个编织的磁场在线性无力的背景。改变背景无力场参数，生成一系列拓扑度为1和2之间的过渡初始条件。对于度1，松弛产生单个扭曲的通量管，而对于度2，我们得到两个通量管。为了预测转捩的确切点，它不是整个区域的拓扑度是相关的，而只是湍流区域的拓扑度。
2015-05-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear gyrofluid computation of edge localised ideal ballooning modes
对托卡马克边缘局域模（ELMs）的理想气球模吹出情形进行了三维电磁陀螺流体模拟。特别强调的是放在充满活力的诊断，检查在线性，过冲和衰减阶段的增长率的变化。饱和过程是能量转移到自产生的边缘湍流，表现出离子温度梯度（ITG）模式结构。只有当光谱到达离子回旋半径时，才能发现衰变阶段的收敛。平衡是一个自洽的背景，其演变考虑。边缘层中的总能量的大约三分之二在井喷中释放。研究了等离子体压力和离子回旋半径对参数的影响。尽管短暂的过程的暴力性质，过渡到非线性是非常相似的通用托卡马克边缘湍流。
2010-02-16 physics.plasm-ph
Sub-microsecond temporal evolution of edge density during edge localized modes in KSTAR tokamak plasmas inferred from ion cyclotron emission
在KSTAR托卡马克装置的边缘局域模（ELM）中，在等离子体外边缘质子回旋频率的谐波处检测到离子回旋辐射（ICE）。在ELM崩溃期间，发射通常会向下（偶尔向上）啁啾，并由受限的3MeV聚变产生的质子驱动，这些质子从等离子体核心有很大的漂移。我们充分利用动力学模拟在多个等离子体密度，以配合啁啾ICE的时间演变功能。这产生了一个独特的，非常高的时间分辨率诊断的崩溃边缘基座密度。
2017-02-06 physics.plasm-ph
Structure of Micro-instabilities in Tokamak Plasmas: Stiff Transport or Plasma Eruptions?
本文给出了描述托卡马克等离子体微不稳定性的二维本征模方程的解，证明了模式结构和稳定性对等离子体剖面的敏感性。在参数空间的狭窄区域内，在特定的等离子体轮廓下，发现了托卡马克外侧气球的最大不稳定模式。这对应于气球模式的传统图片。然而，对于大多数配置文件，这种模式不能存在，而是一个更稳定的模式被发现，气球更接近等离子体的顶部或底部。良好的定量协议与1D气球分析被发现提供的约束与高阶轮廓的影响，往往被忽视，被考虑在内。从这个一般模式到更不稳定的气球模式的突然过渡可能发生临界流剪切，提供了一个候选模型，为什么一些实验观察到小等离子体爆发（边缘局部模式，或ELMs），而不是大的I型ELMs。
2014-09-04 physics.plasm-ph
The unintended influence of control systems on edge-plasma transport and stability in the Joint European Torus
在欧洲联合圆环（JET）上进行的一项独特的实验连续产生了120个几乎相同的等离子体脉冲，提供了比通常多两个数量级的数据。这使得以前无法观察到的现象，如边缘局部不稳定性（ELM）之间的共振等待时间序列的统计检测。在这里，我们调查了这种现象的原因。通过将数据同步到1000秒的ELM时间并对结果进行平均，随机误差减少了50倍，从而可以描述前所未有的详细行为。然后可以观察到等离子体约束、ELM发生、垂直等离子体振荡和通常不与ELM发生相关联的控制线圈电流中的另外不可观察的振荡之间的明确联系。结果表明，一个强大的和意想不到的边缘等离子体依赖控制系统的行为。
2014-10-09 physics.plasm-ph
Observation of confined current ribbon in JET plasmas
我们报告的JET等离子体内的局部电流结构的识别。它是一个场对准的封闭螺旋带，携带与背景电流分布相同方向的电流（同向电流），随离子速度环形旋转（同向旋转）。它似乎位于等离子体压力曲线中的一个平点，在基座的顶部。该结构在低密度、高旋转等离子体中自发出现，并且可以持续长达1.4秒，这一时间与局部电阻时间相当。它大大推迟了第一个ELM的出现。
2009-10-30 physics.plasm-ph
Nuclear Fusion: Bringing a star down to Earth
核聚变提供了一种几乎无限的能源潜力，通过将氘和氚核融合在一起，在1亿开尔文的等离子体燃烧中形成氦。然而，科学和工程方面的挑战依然存在。本文描述了这样的等离子体如何被限制在地球上，并讨论了与恒星聚变的相似性和差异。它集中在磁约束技术，特别是在托卡马克中使用的方法。在平衡态中实现的约束进行审查，它示出如何约束可以是太好了，导致爆炸不稳定性在等离子体边缘称为边缘局部模式（ELMs）。它示出了如何ELMs的影响可以最大限度地减少磁扰动的应用程序，并讨论了这些扰动渗透到什么是理想的完美的导电等离子体背后的物理。
2015-03-31 physics.plasm-ph
Boundary-induced effect on the spoke-like activity in ExB plasma
轮辐不稳定性的$E\times B$潘宁放电中示出的强烈影响的边界是垂直于$B$场线。不稳定性是最强的，当有界的电介质壁。有了导电壁，偏置以收集来自等离子体的电子流，轮辐变得更快，更不连贯，并且更靠近轴。相应的异常跨场输运的评估，通过同时时间分辨测量等离子体电位和密度。这表明了一个占主导地位的大规模$E\times B$异常字符的电子交叉场电流的电介质壁达到$40-100$ %的放电电流，与有效的霍尔参数$β_\mathrm{eff}\sim10$。异常电流随着导电边界（特征为$β_\mathrm{eff}\sim10^2$）而大大减小。这些实验测量被证明是定性一致的减少的$E$领域，触发无碰撞的西蒙-霍不稳定性。
2019-03-04 physics.plasm-ph
Time-Resonant Tokamak Plasma Edge Instabilities?
在2012年联合欧洲圆环（JET）实验活动期间的两周时间内，相同的高约束等离子体重复了151次。分析数据集以产生边缘局部等离子体不稳定性（“ELMS”）之间的等待时间的概率密度函数（pdf）。结果完全出乎意料。而不是一个光滑的单峰pdf，连续的4-5个尖锐的最大值和最小值均匀地分开7-8毫秒的intervention. In这里，我们探讨了这种新观察到的现象的原因，并得出结论，这是由于自组织等离子体现象或等离子体和实时控制系统之间的相互作用。如果最大值是ELM更容易触发的“谐振”频率的结果，那么未来的ELM控制技术可以，而且可能会使用它们。无论哪种方式，这些结果都需要对ELMing过程有更深入的了解。
2013-10-01 physics.plasm-ph
Simple advecting structures and the edge of chaos in subcritical tokamak plasmas
在托卡马克等离子体中，垂直于驱动温度梯度的剪切流可以强烈地稳定线性模。虽然系统是线性稳定的，但可能会发展出具有持续非线性湍流的区域，即系统是亚临界的。具有小但有限振幅的扰动可能足以将等离子体推入非线性效应占主导地位的状态，从而允许持续的湍流。触发非线性不稳定性的最小阈值为评估托卡马克是否可能停留在静止（层流）状态提供了一个标准。在临界振幅处，轨迹将绘制出混沌的边缘，而不是过渡到湍流状态或衰减到层流状态。令人惊讶的是，一个准行波解被发现作为一个吸引子在这个边缘流形。这个简单的平流解决方案是定性相似，但更简单，雪崩般的爆发在早期的湍流模拟，并提供了一个洞察湍流是如何持续在亚临界等离子体系统。对于较大的剪切率，系统只是对流不稳定，在局部初始扰动下，系统最终会在固定的空间位置恢复到层流状态。
2018-11-12 physics.plasm-ph
ELM Processes and Properties in 2T 2MA JET Plasmas
在2012年7月，150个几乎相同的H模式等离子体在欧洲联合环（JET）中连续产生，提供了总共约8分钟的稳态等离子体，具有15，000个边缘局部模式（ELM）。原则上，这15，000个ELM中的每一个在统计上都是相等的。在这里的边缘密度和等离子体能量与这些ELM的变化进行了探讨，使用的尖峰在BERGINEII（527 nm）的辐射作为一个指标的ELM的发病。在ELM过程中发现了两个时间尺度。第一个时间尺度与密度下降相关，第二个（较长的）时间尺度与MHD能量的降低相关，这与等离子体边缘的电阻弛豫一致。由于ELMs的能量和密度损失的统计特性进行了探讨。令人惊讶的是，没有发现通常报道的ELM能量（E）和ELM频率（f）之间E与1/f成比例的联系。相反，在ELM之间的前0.02秒等待时间之后，发现由于ELM引起的能量损失在统计上是相同的。令人惊讶的是，没有相关性的能量之间的连续ELMs。密度下降和ELM等待时间之间存在一个薄弱环节。这些结果ELM控制和建模的后果进行了讨论。
2014-10-30 physics.plasm-ph
Identifying anomalous diffusion and melting in dusty plasmas
研究了二维Yukawa系统中液体的反常扩散和固-液相变（熔化）。自中间散射函数（自ISF），从模拟数据计算，表现出时间衰减，或松弛，与特征松弛时间。这种衰减被发现是有用的区分正常和异常扩散在液体中，并确定固-液相变。对于液体，发现弛豫时间与长度成比例，对于固-液相变，发现自ISF曲线的形状是相的灵敏指示器。摩擦对松弛的时间有显著影响，但对熔点没有影响。
2011-04-19 cond-mat.soft physics.plasm-ph
The gyrokinetic field invariant and electromagnetic temperature-gradient instabilities in `good-curvature' plasmas
本研究通过回旋动理学场不变量解释了曲率驱动不稳定性的局域特性，证明良曲率区不稳定模式必为电磁性，提出新型磁漂移模式并探讨其在高β聚变等离子体中的意义。
2025-01-20 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
Scrape-off layer ion temperature measurements at the divertor target during type III and type I ELMs in MAST measured by RFEA
在未来的核聚变反应堆中，高热负荷事件，如边缘局部模式（ELM），可能会损坏偏滤器材料并将杂质释放到主等离子体中，从而限制等离子体性能。最难处理的是I型ELM，因为它们携带来自等离子体的最大部分能量，因此在靶和第一壁材料上沉积最大的热通量。了解从ELM事件释放的离子的温度是重要的，因为它决定了它们将从面向等离子体的材料引起的潜在溅射。为了在I型ELM期间通过减速场能量分析仪（RFEA）测量Ti，已使用一种新的操作技术来进行更快的测量;这被称为快速扫描技术（FST）。
2016-02-09 physics.plasm-ph
Identifying the source of super-high energetic electrons in the presence of pre-plasma in laser-matter interaction at relativistic intensities
在一维平板近似下，采用粒子模拟方法研究了相对论强度激光与物质相互作用中预等离子体对超高能电子产生的影响。研究了$1\ μ\text{m}$、$5\ μ\text{m}$、$10\ μ\text{m}$和$15\ μ\text{m}$的不同前等离子体尺度长度，发现随着前等离子体尺度长度的增加，电子的粒子数和截止动能都增加，截止动能大大超过相应的激光有质动力能.提出了一个两阶段的电子加速模型来解释基本物理。第一阶段是纵向电场和激光脉冲的协同加速，其加速效率取决于等离子体尺度长度。这些在第一阶段预加速的电子可以建立一个强烈的静电势垒，其最大值是初始电子动能的几倍。部分高能电子在静电势垒的反射作用下被进一步加速，最终的动能明显高于第一阶段的预加速值。
2015-12-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analytic model of stable shock-like structures in laser interaction with underdense plasma for identifying of phase and polarization dependent regime of laser wakefield accelerators
本文建立了解析模型和数值方法，用于描述超强激光在低密度等离子体中形成的稳定激波状结构，并据此快速识别载波包络相位效应显著、相位与偏振依赖的超有质动力机制，以加速激光尾波场加速器的设计。
2024-10-23 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic Stability at a Separatrix: Part I
边缘局域模（ELMs）在等离子体面元器件上的能量快速沉积，对于大型托卡马克装置（如ITER和DEMO）来说是一个潜在的严重问题。ELM的触发被认为是理想的磁流体动力学剥离-剥离不稳定性，但最近的数值计算表明，与X点的等离子体平衡-在所有ITER类托卡马克中发现，是稳定的剥离模式。这与分析计算（G。拉瓦尔河Pellat，J.S. Soule，Phys Fluids，{ \bf 17}，835，（1974）），发现剥离模式在具有任意横截面形状的圆柱形等离子体中是不稳定的。然而，解析计算仅适用于托卡马克等离子体在圆柱近似。在这里，我们重新检查圆柱形几何计算的假设，并概括计算到任意托卡马克几何在边际稳定。所得到的方程仅描述剥离模式，并且不因耦合到气球模式而复杂。我们发现，稳定性是由一个单一的参数$Δ'$，这是在扰动磁场的正常分量的径向导数的归一化跳跃的极向平均值。我们还发现，在分界线附近，能量原理的$δW$可能是负的（这通常被用来表明模式是不稳定的，如在圆柱理论中），但增长率可以任意小。
2009-02-20 physics.plasm-ph
Measuring the Electron Temperature and Identifying Plasma Detachment using Machine Learning and Spectroscopy
采用机器学习方法直接从托卡马克等离子体发射光谱中测量电子温度。这种方法利用了一个神经网络（NN）训练的数据集的1865个时间片从操作的DIII-D托卡马克使用极紫外/真空紫外（EUV/VUV）发射光谱匹配高精度偏滤器汤姆逊散射测量的电子温度，$T_e$。该NN被证明是特别好的预测$T_e$在低温（$T_e < 10$ eV），其中NN表现出小于1 eV的平均平均误差。训练检测等离子体分离的托卡马克偏滤器，NN分类器能够正确地识别分离状态（$T_e<5$ eV）与99%的准确度（F $_1$得分为0.96）在收购率$10\times$快于汤姆逊散射测量。通过检查使用碰撞辐射模型生成的一组4800个理论光谱来理解该模型的性能，该模型还用于预测观察可见波长氮发射的低成本光谱仪的性能。这些结果提供了一个原理证明，即利用机器学习的低成本光谱仪既可以用于提高融合设备上更昂贵的诊断性能，也可以独立用作快速准确的$T_e$测量和分离分类器。
2020-10-21 physics.ins-det physics.plasm-ph
Quadrilateral Particle Arrangement within Shocks in a Two-Dimensional Dusty Plasma
本研究通过实验激发二维尘埃等离子体中的压缩激波，发现粒子从激波前的六边形晶格重排为激波内的非平衡四边形微结构，并利用Glaser-Clark多边形和Voronoi分析揭示了激波诱导的熔化现象。
2024-09-05 physics.plasm-ph
Collective dynamics of complex plasma bilayers
经典的尘埃等离子体实验进行了使用两种不同的尘埃颗粒大小，形成一个强耦合的非对称双层（两个紧密间隔的相互作用的单层）的两种带电尘埃粒子。对热激发粒子振荡的观测和分析揭示了该系统的集体模结构和波的色散，特别是验证了理论预测的$k=0$能（频）隙的存在。平衡分子动力学模拟进行模拟实验，假设汤川型粒子间相互作用。基于晶格求和和QLCA方法的模拟和分析计算与实验结果吻合良好，有助于识别和表征所观察到的现象。
2009-09-12 physics.plasm-ph
Pellet refuelling of particle loss due to ELM mitigation with RMPs in the ASDEX Upgrade tokamak at low collisionality
在ASDEX升级托卡马克上演示了由边缘局域模（ELMs）缓解引起的等离子体密度损失（泵出）的完全换料。等离子体通过注入冷冻氘丸来补充燃料，并且ELM通过外部共振磁扰动（RMP）来减轻。在这个实验中，相关的无量纲参数，如相对颗粒尺寸，相对RMP振幅和基座碰撞保持在ITER的类似值。密度泵出的加油需要额定加油率增加两倍。能量约束和基座温度不能通过芯块换料恢复到RMP前的值。
2015-10-07 physics.plasm-ph
Unconventional bound states in the continuum from metamaterial induced electron-acoustic plasma waves
本文提出基于双网超材料基带消失均匀化电磁场的新机制，实现无其他共振干扰且参数鲁棒的连续谱束缚态，并预测了体约束电子声学波模式和拓扑表面束缚态两种新类型。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Electronic parametric instabilities of an ultrarelativistic laser pulse in a plasma
通过数值求解激光驱动等离子体动力学中包含辐射反作用力影响的色散关系，研究了超相对论圆偏振激光脉冲在欠密等离子体中传输的电子参数不稳定性。重点放在研究不同的模式在激光等离子体系统和识别的绝对和对流性质的不稳定模式的参数映射跨越的归一化激光矢势和等离子体密度。指出了对超强激光等离子体实验的启示。
2020-03-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
BOUT++: a framework for parallel plasma fluid simulations
介绍了一个新的模块化程序BOUT++，它可以模拟曲线坐标系下的三维流体方程。虽然旨在模拟托卡马克X点几何中的边缘局部模式（ELMs），但该代码能够模拟各种各样的流体模型（磁化和未磁化），包括任意数量的标量场和矢量场，以及各种各样的几何形状。时间演化是全隐式的，并实现了三阶WENO格式。基准线性和非线性问题（Orszag-Tang涡）表现出良好的一致性。测试的代码的性能与问题的大小和处理器的数量进行缩放，显示高效的缩放到数千个处理器。用简化的理想MHD对ELMs进行了线性初值模拟，并与ELITE线性MHD特征值程序的结果进行了比较。得到的模式结构和增长率被认为是在良好的协议（BOUT++ = 0.245，ELITE = 0.239）。据我们所知，这是第一次无耗散，初始值模拟ELMs已成功地证明。
2008-11-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Molecular dynamics study of crystal formation and structural phase transition in Yukawa system for dusty plasma medium
利用分子动力学模拟研究了尘埃等离子体介质中由尘埃与Yukawa相互作用描述的层状晶体的形成。多层结构被示出为在沿^ z方向的组合重力和外部电场力（在实验中表示鞘场）的存在下形成。详细研究了晶体层形成的数量、它们的宽度等的依赖性，基于各种系统参数（即，外场分布和汤川相互作用的屏蔽长度）进行了分析。本文详细地研究了晶体双层膜的结构性质，用对关联函数和Voronoi图确定了它们的结构。已经表明，结晶层经历从六方（通常也称为三角形）到正方形晶格配置的结构相变。在模拟中观察到了从六方到正方（和菱形）结构的重入相变。
2018-12-13 physics.plasm-ph
Generalised ballooning theory of two dimensional tokamak modes
在这项工作中，使用本地gyrokinetic磁通管代码与高阶气球理论相结合的解决方案，一种新的分析方法，以重建全球的线性模式结构与相关的全球模式频率。除了孤立模态（IM）（通常在外侧中平面上达到峰值）之外，高阶气球理论还捕获了其他类型的不太稳定的全局模态：（a）弱非对称气球理论（WABT）预测了一个混合模（MM），它经历了一个远离外侧中平面的小极向位移，（b）在托卡马克等离子体的顶部（或底部）存在相对稳定的一般模（GM）气球。在本文中，一个分析方法的发展，结合这些断开的分析限制到一个单一的广义气球理论（GBT）。这是用来调查如何IM行为的剪切环流的影响下。对于小的流量值，IM最初转换为MM，其中WABT的结果被重新捕获，并且最终，随着流量的增加，模式渐进地成为等离子体顶部（或底部）的GM。这可能是模型中的一个成分，用于理解为什么在某些实验场景中，观察到的不是大边缘局部模式（ELMs），而是小ELMs。最后，我们的理论可以有其他重要的后果，特别是计算雷诺应力驱动的内在旋转通过径向不对称的全球模式结构。了解的内在旋转是重要的，因为在等离子体的外部扭矩的大小ITER预计是相对较低的。
2017-10-12 physics.plasm-ph
Discharge-produced plasma extreme ultraviolet (EUV) source and ultra high vacuum chamber for studying EUV-induced processes
一个实验装置，直接再现极端紫外光刻相关条件下详细的组件曝光测试。EUV装置包括一个脉冲等离子体辐射源，在13.5纳米;碎片减缓系统;收集和过滤光学;和一个超高真空实验室，配备了光学和等离子体诊断。第一个结果，确定的物理参数和演化的EUV诱导等离子体。最后，简要讨论了现场诊断的适用性和准确性。
2014-11-17 physics.ins-det physics.plasm-ph
Plasma Confinement State Classification via FPP Relevant Microwave Diagnostics
本文提出一种仅用ECE信号的简约机器学习方法，通过径向基函数特征提取和梯度提升分类器，在聚变发电厂中实现L模与H模约束状态的高准确率分类（平均96%），验证了受限诊断下实现稳健控制的可行性。
2025-10-15 physics.plasm-ph
Electron dynamics of three distinct discharge modes of a cross-field atmospheric pressure plasma jet
本文采用PIC/MCC模拟结合PROES实验，系统研究了COST-Jet交叉场大气压等离子体射流在非中性、准中性和收缩三种放电模式下的电子动力学及模式转变规律，为优化等离子体应用提供了重要依据。
2025-01-29 physics.plasm-ph
Identifying Entangled Physics Relationships through Sparse Matrix Decomposition to Inform Plasma Fusion Design
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
50多年来，通过惯性约束聚变（ICF）的可持续燃烧平台一直是一个持续的挑战。减轻工程限制和改进当前的设计涉及对物理过程的复杂耦合的理解。虽然复杂的模拟代码被用来模拟ICF内爆，这些工具包含必要的数值近似，但错过了物理过程，限制了预测能力。识别ICF实验的可控设计输入和可测量的实验结果（如产量，形状）之间的关系可以帮助指导未来的实验设计和模拟代码的开发，以潜在地提高用于模拟ICF实验的计算模型的准确性。我们使用稀疏矩阵分解的方法来确定集群的几个相关的设计变量。稀疏主成分分析（SPCA）识别与变量的物理来源（激光、黑腔和胶囊）相关的分组。变量的重要性分析发现，除了与中子产额高度相关的变量，如尖峰功率和激光能量，变量，代表了一个巨大的变化的ICF设计，如脉冲步数也是非常重要的。然后使用所获得的稀疏分量来训练用于预测总产量的随机森林（RF）代理。将训练和测试数据上的RF性能与使用考虑的所有设计变量训练的RF替代品的性能进行比较。这项工作的目的是通过增强专家的直觉和模拟结果，在未来的ICF实验中告知设计变化。
2020-10-28 cs.LG physics.plasm-ph stat.ML
Resonance density range of absolute two-plasmon decay instability
本文提出共振密度范围作为关键参数，用于表征非均匀等离子体中绝对双等离子体衰变不稳定性，并建立了其与激光强度调制时间间隔的关系。
2025-09-07 physics.plasm-ph
Non-Maxwellian electron distributions resulting from direct laser acceleration in near-critical plasmas
有限对比度高强度短脉冲激光辐照几个nm厚的靶，导致这些靶在主脉冲到达时发生强烈的预膨胀。目标接近和低于临界密度等离子体，延伸超过几微米，即多个波长。主脉冲与这种高度局部化但不均匀的目标的相互作用导致短通道的产生和激光束的进一步自聚焦。在UT Austin的GHOST激光系统中使用这种靶进行的实验测量了在激光传播方向上具有大聚束电荷和高电子密度的非麦克斯韦峰值电子分布。使用EPOCH代码在2D PIC模拟中再现了这些结果，将直接激光加速（DLA）确定为负责机制。这是第一次观察到DLA产生峰值光谱，而不是早期实验中观察到的宽麦克斯韦光谱。这种高密度的电子具有潜在的应用，作为注入器束的进一步尾场加速阶段，以及泵探测应用。
2015-11-14 physics.plasm-ph
Three dimensional particle-in-cell simulation of particle acceleration by circularly polarised inertial Alfven waves in a transversely inhomogeneous plasma
采用三维粒子模拟方法研究了横向非均匀等离子体中左旋圆极化惯性阿尔芬波（IAW）加速粒子的过程。一个圆柱形的管，横向的背景磁场，离子惯性长度的顺序的不均匀性尺度被认为是IAWs与频率$0.3 ω_{ci}$发射，被允许开发三个波长。结果，在密度梯度区域中产生随时间变化的平行电场，其在平行于磁场的方向上加速电子。IAWs的驱动垂直电场也在横向方向上加热离子。这样的数值设置是相关的太阳耀斑环和地球极光区。这第一，3D，全动力学模拟演示了在密度不均匀区域中，沿着磁场的电子加速效率，为45%的顺序和离子加热，在横向于磁场方向，为75%。后者比以前的2.5维类似研究高两倍，并且与太阳耀斑粒子加速观测结果一致。我们发现，所产生的平行电场是本地化的密度不均匀性区域，并在相同的方向上旋转，并具有相同的角频率作为最初发射IAW。我们的数值模拟似乎也表明，“膝盖”经常发现的太阳耀斑电子光谱可以解释为朗道阻尼（切伦科夫共振效应）的IAWs由于波粒相互作用。
2012-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Detection and Prediction of Equilibrium States in Kinetic Plasma Simulations via Mode Tracking using Reduced-Order Dynamic Mode Decomposition
提出了一种基于动态模式分解（DMD）的降阶模型（ROM），用于等离子体动力学行为的跟踪、检测和预测。将DMD应用于基于电磁粒子单元（EMPIC）算法的高保真动力学等离子体模型，提取模型的基本动力学和关键特征。特别是，DMD的能力，重建的空间图案的自电场从高保真度的数据和DMD外推的带电粒子动力学上的自场的影响进行了研究。提出了一种基于DMD特征值在复平面上的轨迹识别瞬态到平衡态转变的滑动窗口DMD方法。在线检测平衡态结合DMD的时间外推能力，有可能有效地加快模拟。涉及电子束和等离子体球的案例研究，以评估所提出的方法的优势和局限性。
2021-08-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma Physics of Extreme Astrophysical Environments
某些类别的天体，即磁星和超新星和伽马射线暴的中心引擎，具有宇宙中其他地方没有遇到过的极端物理条件。特别是，它们拥有超过44太高斯临界量子场的磁场。要弄清楚这些复杂的超磁化系统如何工作，需要了解各种等离子体过程，包括小尺度动力学和大尺度磁流体动力学（MHD）。然而，超强磁场改变了基础物理，以至于许多相关的等离子体物理问题需要建立基于QED的相对论量子等离子体物理。在这篇综述中，在描述了感兴趣的极端天体物理系统，并确定了关键的相关等离子体物理问题，我们调查的最新进展，在这样一个理论的发展。我们讨论了超临界场如何改变真空和物质的性质，并概述了描述非相对论和相对论量子等离子体的基本理论框架。然后，我们转向天体物理学的应用相对论QED等离子体物理相关的磁星磁层和中央引擎的超新星和长GRB。具体来说，我们讨论了光通过磁星磁层的传播;大规模的磁流体动力学过程驱动磁星活动和伽玛射线暴喷气发射和传播;能量传输过程中的极端等离子体环境的热力学;微尺度动力学等离子体过程中的重要的相互作用，强烈的磁层电流与磁星的表面;和磁重联的超强磁场。最后，我们指出，未来的进展将需要发展的数值模拟能力。
2014-01-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A possible link between turbulence and plasma heating
数值模拟和实验结果表明，空间等离子体中电流片的形成与涡量增强有关。此外，在模拟中，这种结构的产生与强等离子体加热有关。在这里，我们比较了四点测量的地球磁鞘湍流的多尺度磁层任务（MMS）的流涡度和磁场curlometer与其相应的一点代理PVI（V）和PVI（B）的基础上的增量的偏方差（PVI）方法。我们表明，一点代理是足够精确的识别不仅是通用的功能，目前的床单和涡流统计，但它们的外观与等离子体加热组。将该方法进一步应用于WIND卫星在L1观测到的行星际日冕物质抛射（ICME）湍流鞘区。我们观察到电流片和涡度相关的加热在较大的群体（斑点），这到目前为止还没有被认为是在文献中的湍流数据分析。斑点代表扩展的空间区域的活动与增强的区域之间的相关性的发生条件电流和涡度，这在同一时间也与温度升高。这种加热机制与ICME激波附近的等离子体加热有很大不同，在ICME激波附近，等离子体β强烈波动，没有涡旋。所提出的方法描述了一个新的途径连接等离子体加热和等离子体湍流，它是相关的现场观测时，只有单个航天器的测量。
2021-12-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron pairing in mirror modes: Surpassing the quasilinear limit
在无碰撞磁化的高温热各向异性等离子体中的镜像模式的演变示出开发一个有趣的宏观状态。从一个经典的零频率离子流体不稳定性开始，它在非常低的磁水平下准线性饱和，同时形成细长的磁泡，该磁泡捕获电子分量以沿着磁场执行绝热反弹运动。镜像模式向静止状态的进一步演化由弹跳的捕获电子确定，所述弹跳的捕获电子与离子声波的热能级相互作用，产生吸引的尾流电势，所述吸引的尾流电势引起在两个组合电子的最低能量单线态中形成电子对。配对优先发生在反弹镜点附近，在反弹镜点处，配对在空间上被锁定，其所有能量都在回转中。由此产生的大的各向异性对进入准线性稳定的镜像模式中的镜像生长速率。它打破了准线性稳定性，并导致进一步的增长。压力平衡或者通过对的耗散和它们的各向异性或者从环境中流入等离子体来恢复。在第一种情况下，新的对将不断形成，直到达到平衡。在最终状态中，可以估计成对的分数。这个过程是开放的实验验证。据我们所知，这是高温等离子体中唯一可能发生配对的过程，并且具有重要的可观察宏观效应：打破准线性极限并产生局部抗磁性。
2019-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Bridging the Gap between Collisional and Collisionless Plasma Shocks: A Simulation Study using OSIRIS
本研究使用OSIRIS带Coulomb碰撞模块的粒子模拟，通过改变碰撞率参数，弥合了碰撞型与无碰撞等离子体激波，发现激波宽度在离子等离子体参数 $N_D \approx 1$ 时平滑过渡，并重现了渐近预测。
2025-08-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Local extraction of three-dimensional magnetic reconnection X-lines
Institute for Theoretical Astrophysics, Heidelberg University（海德堡大学理论天体物理研究所）；Center for Astronomy and Astrophysics, Technical University of Berlin（柏林工业大学天文与天体物理中心）
本文提出了一种基于三维湍流等离子体模拟的局部方法，用于识别磁重联的X线和准X线，通过空间信息估计重联率并突出电流片，为复杂磁场拓扑结构中的磁重联研究提供了新视角。
2025-08-31 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection in Turbulent Diluted Plasmas
本文用双流体理论研究了湍流等离子体中的磁重联事件。通过识别扩散区域，我们测量的重联率的电导率和电流片厚度的函数。我们已经发现，重联率的规模作为电流片的厚度的倒数的平方，是独立的扩散区域的纵横比，在其他分析，例如，甜帕克和Petscheck，和数值模型。此外，虽然重连率也与电导率的平方倒数成比例，但扩散区域的纵横比（其表现出$0.1-0.9$范围内的值）与后者不相关。我们的研究结果提出了一个新的磁重联率的表达式，经过实验验证，可以提供一个进一步了解的磁重联过程。
2017-03-03 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Wave dispersion in pulsar plasma: 1. Plasma rest frame
波色散在脉冲星等离子体（一个1D，强磁化，对等离子体流高度相对论性与一个大的传播洛伦兹因子在其休息帧）进行了讨论，激发兴趣的光束驱动波湍流和脉冲星无线电发射机制。在脉冲星等离子体的静止坐标系中，在低频非旋向性近似下存在三种波模。对于平行传播，这些被称为X、A和L模式，其中X和A模式具有色散关系$z=z_A\approx1-1/2β_A^2$，其中$z=ω/k_\parallel c$是相速度，$β_Ac$是阿尔芬速度。L模色散关系由相对论性等离子体色散函数$z^2W(z)$确定，$z^2W(z)$对$ z < z_0 $为负，在$z=z_m$处有一个尖锐的最大值，其中$1-z_m<1-z_0\ll1$。我们给出了数值估计的最大值的$z^2W(z)$和$z_m$和$z_0$的一维Juttner分布。对于$z_A>z_0$，L和A模式重新连接，以形成用于斜传播的O和Alfven模式（$θ\neq0$）。对于$z_A<z_0$，Alfven和O~模式曲线重新连接，形成仅存在于$\tan^2θ>z_0^2-z_A^2$的新模式。L模式是最接近的对应朗缪尔波在非相对论等离子体，但我们认为，有没有“朗缪尔”波在脉冲星等离子体，确定三个功能的L~模式（色散关系，比的电总能量和群速度），是不是朗缪尔。光束驱动的不稳定性要求光束速度等于波的相速度。这种共振条件对于O模是可以满足的，但是对于一个不太可…
2019-05-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Two fluid dynamics in solar prominences
本研究利用三条不同元素的谱线观测太阳日珥，分析电离与中性流体的速度差异，发现二者动力学行为整体接近，仅在特定位置或时刻存在局域化解耦迹象。
2023-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Simulating vacuum arc initiation by coupling emission, heating and plasma processes
本文通过耦合PIC-MCC等离子体模拟与有限元发射及热效应计算，研究了真空电弧从场致发射到等离子体形成的起始过程，揭示了直接场电离和阴极表面相互作用在电弧起始中的关键作用。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
Triggering tearing in a forming current sheet with the mirror instability
我们使用混合动力学粒子模拟方法研究了磁化、无碰撞、高β等离子体中电流片（CS）随时间的形成和演化。一个初始撕裂稳定的哈里斯片冻结成一个持续驱动的不可压缩流，使其特征厚度逐渐减少的时间。随着CS变薄，重连场的强度增加，并且流入流体元素中的绝热不变性产生具有过量垂直压力的场偏置压力各向异性。在大的等离子体β，这种各向异性激发镜的不稳定性，这使离子拉莫尔尺度上的重连场变形，并大大降低了CS的有效厚度。撕裂模式的波长与镜子的波长相当，然后变得不稳定，触发更小规模的重联，并在更早的时间比会发生的，如果变薄CS保留其哈里斯轮廓。一种新的方法，用于识别和跟踪X点的介绍，产生的X点分离，最初是在上游等离子体中的垂直和平行的镜面波长之间的中间。这些镜像刺激撕裂模式最终增长和合并产生的CS厚度相媲美的岛宽度，结果，我们验证了在一系列的CS形成时间尺度和初始CS宽度。我们的研究结果可能会发现他们最直接的应用在撕裂破坏的磁褶皱产生的湍流发电机在弱碰撞，高β，天体物理等离子体。
2022-02-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Multimodal Super-Resolution: Discovering hidden physics and its application to fusion plasmas
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）；Chung-Ang University（中央大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Seoul National University（首尔大学）
本文提出多模态机器学习超分辨率方法，利用诊断间隐藏相关性生成超分辨率数据，首次实验验证磁岛模型，助力ELM稳定化及ITER聚变堆发展。
2024-11-05 cs.AI physics.plasm-ph
Quantum vacuum processes in the extremely intense light of relativistic plasma mirror sources
拍瓦级激光系统的出现允许在受控环境中产生前所未有强度的电磁场，从而推动越来越多的努力通过与量子真空的相互作用来探测尚未观察到的过程。尽管如此，控制这些影响的最低强度等级仍然超出了预期能力的数量级，因此预计这种努力仍然极具挑战性。然而，近年来，等离子体反射镜已成为跨越这一差距的一个有前途的桥梁，使强烈的红外激光脉冲转换成相干聚焦多普勒谐波光束躺在X-UV范围。在这项工作中，我们提出了定量预测的量子真空签名时产生的光束被集中到$10^{24}$和$10^{28}\ \mathrm{W.cm}^{-2}$之间的强度。这些签名，其中特别包括光子-光子散射和电子-正电子对创建，获得使用国家的最先进的大规模并行数值工具。在识别实验上有利的配置，我们还考虑了聚焦谐波光束与辅助光束的耦合，并提供与其他已建立的方案进行比较。我们的研究结果表明，一个单一的相干聚焦谐波光束可以产生尽可能多的散射光子作为两个红外脉冲在正面碰撞，并确认谐波光束的耦合到一个辅助光束引起显着水平的非弹性散射，因此持有的潜力，大大提高可达到的信噪比在实验中。
2022-02-03 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Hamiltonian Chaos: From Galactic Dynamics to Plasma Physics
该论文利用GALI等方法对等离子体、棒旋星系、多维映射三类哈密顿系统的混沌开展数值研究，还将GALI拓展至耗散系统，对比了其与李雅普诺夫指数在超混沌系统中的表现。
2025-03-21 astro-ph.GA math.DS nlin.CD
Machine-Learning enabled analysis of ELM filament dynamics in KSTAR
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Korea Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
利用电子回旋发射成像（ECEI）诊断系统研究了托卡马克等离子体在高约束模式下与边缘局域模（ELMs）相关的边界结构的产生和动力学过程。ECEI允许推断电子温度的变化，往往在极向截面。在此之前，详细的分析的惯性动力学和分类的前兆ELM崩溃已经手动完成。我们提出了一个基于机器学习的模型，能够自动识别ELM细丝的位置，空间范围和幅度。该模型是一个深度卷积神经网络，已经在KSTAR托卡马克的大量手动标记的ECEI数据集上进行了训练和优化。一旦经过训练，该模型达到了93.7%的精度，并允许在看不见的ECEI数据中鲁棒地识别等离子体细丝。训练的模型是用来表征ELM灯丝动态在一个单一的H模式等离子体射击。我们确定准周期振荡的细丝的大小，总热含量，和径向速度。这些量的详细动态表现出强烈的相互关联，并在碰撞前和ELM碰撞阶段出现质的不同。
2022-04-02 cond-mat.dis-nn cs.AI physics.ins-det
