Alfvénic instabilities driven by runaways in fusion plasmas
逃逸粒子可以在具有大电场的等离子体中产生。在这里，我们解决的可能性，这种失控的离子和电子激发阿尔夫文不稳定性。由这些模式引起的磁场扰动会增强逃逸损耗。这可能对托卡马克破裂中逃逸电子束的形成有重要意义。
2014-05-14 physics.plasm-ph
Prediction of Nonlinear Evolution Character of Energetic-Particle-Driven Instabilities
提出了一个普遍的准则，并成功地预测了托卡马克等离子体实验中不稳定Alfvénic本征模啁啾振荡的出现。该模型包括现实的本征函数结构，详细的相空间依赖的不稳定驱动，随机散射和库仑阻力。随机散射结合了碰撞俯仰角散射和微湍流空间扩散的影响。后一种机制是必不可少的，以准确地识别固定频率模式的行为和快速啁啾之间的过渡，在托卡马克和解决的差距与啁啾观测球形和常规托卡马克。
2016-10-17 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the nonlinear interaction of Alfvén instabilities and energetic-particle driven geodesic acoustic modes
本研究基于ASDEX Upgrade真实平衡位形，用ORB5代码开展陀螺动力学模拟，探究高能粒子驱动的阿尔芬模与测地声模带状结构的非线性相互作用，发现两种浓度区间的不稳定特性差异，并通过三波耦合机制给出理论解释。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Nonlinear interplay of Alfven instabilities and energetic particles in tokamaks
高能粒子的约束是托卡马克等离子体有效加热的关键。等离子体不稳定性，如阿尔芬本征模（AE）可以重新分布的EP人口，使等离子体加热效率较低，并导致额外的负载上的墙壁。利用NEMORB项目中的全球回旋动力学粒子胞内程序ORB 5研究了环形诱导声发射（TAE）的非线性动力学。研究了由于波粒非线性引起的TAE和EP的非微扰非线性相互作用。特别是，我们专注于TAE的频率，增长率和径向结构的非线性修改，取决于EP分布在相空间中的演变。对于ITPA基准情况，我们发现当增长率减小时，频率增加，并且模式径向收缩。这种非线性演化被发现是正确地再现通过准线性模型，即一个模型，其中的非线性修改的EP分布函数的线性效应被保留。
2016-10-06 physics.plasm-ph
Spatially modulated plasma profile for turbulence and instabilities mitigation in fusion plasma
本文提出对聚变等离子体参数进行空间谐波调制，利用类似光子晶体带隙和谐振子参数共振的机制改变湍流与MHD波传播，从而抑制湍流和不稳定性。
2024-11-27 physics.plasm-ph
Formation of Anomalously Energetic Ions in Hollow Cathode Plume by Charge Separation Instability
School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（哈尔滨理工大学能源科学与工程学院）
本研究通过全动能PIC模拟发现空心阴极喷射中电荷分离不稳定性可产生与实验测得相当的高能离子，揭示了异常高能离子的形成机制。
2025-01-10 physics.plasm-ph
Energetic bounds on gyrokinetic instabilities. Part 4. Bounce-averaged electrons
本文将最优模式分析用于含完全回旋动理学离子与反弹平均电子的简化双组分系统，获得更紧的离子尺度不稳定性能量上界，并揭示最大-J性质借助模式惯性产生额外稳定作用。
2024-04-09 physics.plasm-ph
Energetic bounds on gyrokinetic instabilities. Part III. Generalized free energy
本文提出基于自由能推广的回转动理学理论扩展，恢复了共振效应并显著降低了增长界限，其最优增长率的高效计算有望应用于仿星器优化。
2023-09-15 physics.plasm-ph
On modeling energetic electrons in laser fusion plasmas
US Naval Research Lab (NRL)（美国海军研究实验室）
针对激光聚变中高能电子问题，提出一种简化的Fokker-Planck模型，可在辐射流体模拟的每个时间步使用，并基于小比例假设，初步结论认为高能电子可能并非大问题。
2026-06-16 physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of phase space zonal structures and energetic particle physics in fusion plasmas
本文提出了一个研究相空间带状结构非线性动力学的一般理论框架。然后，更具体地说，适用于限制的非线性演化的时间尺度是较小的或可比的波粒子捕获周期。在此极限下，理论和数值模拟研究表明，非绝热频率啁啾和相位锁定可能导致长期共振粒子输运的介观或宏观尺度。模式结构和共振粒子之间的相互作用，然后提供了关键的成分，正确理解和分析的非微扰高能粒子在燃烧的聚变等离子体激发阿尔文波不稳定性的非线性动力学。文中还简要地讨论了与非线性动力学中的自共振和与自由电子激光中的超辐射的类比。
2014-11-15 physics.plasm-ph
Stable Deuterium-Tritium burning plasmas with improved confinement in the presence of energetic-ion instabilities
本文报道JET时隔20多年后开展的氘氚聚变实验，发现一种稳定、高约束且无杂质的新运行模式，显著降低能量损失，并揭示多尺度物理机制对热约束和聚变功率产出的关键作用，为聚变能替代化石燃料提供重要支撑。
2024-01-18 physics.plasm-ph
Influence of flavor oscillations on neutrino beam instabilities
考虑中微子与等离子体的集体相互作用，研究了近单能中微子束在等离子体中产生的电子等离子体不稳定性。我们描述了中微子味振荡和电子等离子体波的相互影响。我们发现中微子味振荡不仅受到电子等离子体波的扰动，而且对色散关系和中微子束不稳定性的增长率也有贡献。
2014-04-13 physics.plasm-ph
Re-acceleration of Energetic Ions via Small-Scale Reconnection in Magnetic Fusion Plasmas
ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技发展有限公司）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）
研究发现，通过小尺度磁重联可稳定加速注入的高能离子，其能量可达注入能量的2.5倍，且不引发大规模MHD爆发，为未来聚变堆辅助离子加热提供新途径。
2026-05-15 physics.plasm-ph
Multi-scale analysis of global electromagnetic instabilities in ITER Pre-Fusion-Power Operation plasmas
全球电磁陀螺动力学模拟与粒子在细胞代码ORB 5的ITER预聚变功率运行（PFPO）等离子体的情况下，与半场（2.65 T）和半电流（7.5 MA）。我们报告的“多尺度”分析的放电，考虑本征模和不稳定性跨越三个尺度的长度。虽然该方案名义上将有中性束加热与粒子注入1 MeV，阿尔文本征模式进行了研究，在没有这样的源，和反向剪切（RSAE），环形（TAE）和椭圆（EAE）阿尔文本征模式被发现与弱阻尼适度低的环形模式数（$10 \leq n \leq 35$）。在更高的环形模数（$40 \leq n \leq 70$），不稳定的阿尔芬模式已被观察到接近合理的表面，并被标记为β诱导阿尔芬本征模式（BAE）/阿尔芬离子温度梯度（AITG）模式，因为它们的频率与BAE间隙相关，它们是由阿尔芬连续体上的体等离子体驱动的。这些模式在没有高能粒子的情况下是不稳定的，并且添加一种高能粒子（具有各向同性的1 MeV减速分布）对其生长速率的影响可以忽略不计。在较高的环模数（$150 \lessapprox n < 220$），低频微尺度不稳定性观察。
2022-03-03 physics.plasm-ph
Thresholdless IBW Emission and Alpha-to-Thermal-Ion Energy Channeling via Pole Resonance of Fusion-Product Ions
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文发现热背景可通过回旋极点共振使离子伯恩斯坦波无阈值失稳，实现α粒子向热离子的能量通道化，为质子-硼11聚变提供线性机制。
2026-09-09 physics.plasm-ph
Driver at 10 MJ and 1 shot/30min for inertial confinement fusion at high gain: efficient, compact, low-cost, low laser-plasma instabilities, beam-color selectable from 2 omega/3 omega/4 omega, applicable to multiple laser fusion schemes
针对惯性聚变能所需的高增益，提出一种10 MJ、2~3 PW、每30分钟1发、波长0.353微米的下一代激光驱动器概念设计，其高效、紧凑、低成本且低不稳定性，目标增益G>30，适用于多种激光聚变方案。
2024-05-28 hep-ex physics.plasm-ph
Measurements and modelling of fast-ion redistribution due to resonant MHD instabilities in MAST
本文报道了MAST等离子体中环形诱导Alfvén本征模（TAE）和高能粒子模对NBI产生的快离子布居的影响的全面研究结果。由于频率啁啾TAE在50 kHz至100 kHz的范围内，和频率啁啾高能粒子模式称为鱼骨在20 kHz至50 kHz的范围内，观察到的快离子再分布。TAE和鱼骨也被观察到导致快离子从等离子体中损失。使用裂变室，径向扫描准直中子通量监测器，快离子氘α谱仪和带电聚变产物探测器确定快离子分布的空间和时间演化。建模使用全球运输分析代码TRANSP，与特设的异常扩散和鱼骨损失模型介绍，再现了粗的功能，受影响的快离子分布的能量粒子驱动模式的存在下。然而，光谱和空间分辨的测量结果表明，这些模型没有完全捕捉到啁啾模式对快离子分布的影响。
2015-03-23 physics.plasm-ph
Impact of energetic alpha particles on core turbulence in an ARC-class fusion power plant
MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；University of San Diego（圣地亚哥大学）；York Plasma Institute（约克等离子体研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）；General Atomics（通用原子能公司）
通过回旋动理学模拟，发现聚变产生的α粒子通过快离子失稳模、带状流与背景湍流的多尺度相互作用，显著抑制ARC托卡马克内芯区离子尺度湍流热流和粒子流，且抑制程度随α粒子密度和等离子体β_e增加而增强。
2026-06-19 physics.plasm-ph
Hybrid-drive pressure suppressing implosion instabilities and offering nonstagnation hotspot ignition with low convergence ratio for high-gain inertial fusion
在激光驱动ICF中，直接驱动和间接驱动相结合的混合驱动（HD）提供了一个平滑的HD压力$P_{HD}$，远高于ID和DD中的烧蚀压力，以抑制流体动力学不稳定性。在这封信中，一个新的强大的HD点火目标的模拟表明，最大HD压力高达$P_{HD} \sim$ 650毫巴的驱动下，一种新的“推土机”效应实现，导致非停滞热点点火的收敛比$C_r \sim $ 23，最后，聚变能量增益$\sim$ 10的总激光能量= 1.42兆焦耳。二维模拟已经证实，流体动力学不稳定性被抑制。从不同靶和激光能量的模拟中发现，只要$T_r> 160$ eV，最大HD压力$P_{HD}$（Mbar）= $BE_{DD}^{1/4} T_r$的拟合尺度，其中B是取决于烧蚀材料的常数，以kJ为单位的$E_{DD}$是DD激光能量，以100 eV为单位的$T_r$是取决于ID激光能量$E_{ID}$的辐射温度。热点点火要求$P_{HD}\geq$ 450 Mbar。当$E_{DD}$降低到kJ时，也可以使用“推土机”效应的这种比例。实验证明，对于CH烧蚀体，$P_{HD}$约为3.5倍的辐射烧蚀压力，$E_{ID}=43$ kJ（$T_r \simeq$ 200 eV）和$E_{DD}$ =3.6 kJ，DD激光强度$\sim 1.8 \times 10^{15} {\rm w\cdot cm^{-2}}$的背散射分数…
2020-11-18 physics.plasm-ph
Self-similar structure and experimental signatures of suprathermal ion distribution in inertial confinement fusion implosions
在与惯性约束聚变热点有关的条件下，超热离子的分布函数具有自相似性。通过利用这一特点，流体不稳定性和动力学效应之间的干扰是第一次定量评估，发现不稳定性大大加剧了聚变反应性降低。离子尾耗尽也被证明可以降低实验推断的离子温度，一种新的动力学效应，可以解释爆炸推实验和rad-hydro模拟之间的差异，并有助于观察到从DD反应产物推断的温度低于DT在国家点火装置。
2015-08-10 physics.plasm-ph
Magneto-HydroDynamic activity and Energetic Particles - Application to Beta Alfven Eigenmodes
磁聚变研究的目标是提取聚变反应释放的能量，并由这些反应的产物携带，以几兆电子伏的能量释放。聚变能生产的可行性依赖于我们限制这些高能粒子的能力，同时保持热核等离子体在安全的操作条件下。为此目的，有必要了解并找到控制高能粒子与热核等离子体之间相互作用的方法。达到这两个目标是在博士期间进行的工作的一般动机。更具体地说，我们的重点是一种类型的不稳定性，β Alfven本征模（BAE），它可以由高能粒子驱动，并对高能粒子和热粒子的约束产生影响。在这项工作中，我们研究了BAE的特性分析，并推导出其色散关系和结构。接下来，我们分析了在高能粒子的存在下的模式的线性稳定性。首先，一个纯粹的线性描述，这使得有可能得到一个分析的线性判据BAE不稳定的高能粒子的存在。这一标准进行了比较，在博士学位期间的托雷-上托卡马克实验。其次，由于线性分析揭示了BAE稳定性的一些特征，这些特征受到强烈的非线性修改，因此提出了该模式的亚临界活动的可能性的问题。我们提出了一个简单的方案，使亚稳定模式的存在，验证分析和数值。这样的情况下被发现是相关的物理和规模表征BAE。
2009-12-14 physics.plasm-ph
AWECS: A Linear Gyrokinetic Delta-f Particle-in-Cell Simulation Code for the Study of Alfvenic Instabilities in High-Beta Tokamak Plasmas
开发了一个一维线性回旋动力学程序AWECS，用于研究高β托卡马克等离子体中Alfvenic不稳定性的动力学激发，β为热压力与磁压力之比。它旨在描述与广泛的频率和波长相关的物理学。例如，AWECS能够模拟动力学气球模式，阿尔芬离子温度梯度驱动模式，以及由于高能粒子的阿尔芬不稳定性。此外，AWECS可用于研究低β区的漂移-阿尔芬不稳定性。在这里，代码的布局和所使用的数值方法进行了说明。AWECS是基准对其他代码和收敛性研究进行。
2008-06-27 physics.plasm-ph
Energetic particles, Shafranov shift and finite $β$ effects on TAE, KBM and ITG instabilities in global electromagnetic gyrokinetic simulations
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；De Vinci Higher Education（德文奇高等教育）；University of Warwick（华威大学）
本文研究了强动能梯度和小比例的融合生高能粒子对等离子体稳定性的影响，通过全球gyrokinetic代码ORB5分析了Alfvén特征模、离子温度梯度模和动能气球模的线性和非线性稳定性，探讨了Shafranov位移和有限β效应的作用。
2026-09-07 physics.plasm-ph
EP-Stability-WF: an IMAS-integrated workflow for energetic particle stability
针对聚变装置中高能粒子输运影响性能且降阶模型开发难度大的问题，提出基于IMAS的自动化EP-Stability-WF工作流分析TAE线性稳定性，经ITER场景验证有效，助力聚变堆性能优化。
2023-06-14 physics.plasm-ph
Towards enhanced performance in fusion plasmas via turbulence suppression by MeV ions
兆电子伏（MeV）α粒子将是磁约束聚变反应堆中等离子体加热的主要来源。然而，α粒子的大部分能量不是加热燃料离子，而是转移到电子上。此外，α粒子也可以激发Alfvenic不稳定性，以前被认为是有害的。与预期相反，我们证明了有效的离子加热MeV离子和强快离子驱动的Alfvenic不稳定性在最近的实验中的联合欧洲环（JET）的存在。这些实验与国家的最先进的建模工具的详细运输分析解释了观察。在这里，我们展示了一种新型的湍流抑制和改进的能量绝缘等离子体与MeV离子和充分发展的Alfvenic活动，通过一个复杂的多尺度机制，产生大规模的带状流。这种机制有望使α粒子加热占主导地位的聚变反应堆更经济地运行，并最终降低聚变电力的成本。
2020-11-02 physics.plasm-ph
Development and application of a hybrid MHD-kinetic model in JOREK
高能粒子（EP）驱动的不稳定性将在未来的燃烧等离子体的EP压力将非常大的热等离子体相比，强烈增加的相关性。了解EP和散装等离子体的相互作用是至关重要的开发下一代聚变装置。在这项工作中，JOREK MHD代码扩展到允许在高EP压力下使用现实的等离子体和EP参数在全f制剂与各向异性压力耦合到蓝色背景的EP不稳定性的模拟。该代码是第一次基准线性ITPA-TAE以及基于实验的AUG-NLED的情况下，获得良好的协议，以其他代码。然后，它适用于高能量粒子压力放电的ASDEX升级托卡马克使用一个现实的非麦克斯韦分布的EP，再现方面的实验观察到的不稳定性。非线性应用是可能的基础上实施，但将需要专门的验证和确认留给未来的工作。
2022-11-10 physics.plasm-ph
Density modulation-induced absolute laser-plasma-instabilities: simulations and theory
流体模拟表明，当正弦密度调制叠加在线性密度分布上时，对流不稳定性可以变得绝对不稳定。这种转换可以发生在现实的直接驱动惯性约束聚变条件下的两个等离子体衰变和受激拉曼散射不稳定性，并且可以影响热电子产生和激光能量沉积。三波模型的分析表明，足够大的变化的密度梯度的线性密度分布可以把对流不稳定性变成绝对的。给出了梯度变化阈值的解析表达式，它只依赖于对流增益。
2016-03-10 physics.plasm-ph
Measurements and modelling of fast-ion redistribution due to MHD instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
本文报道了各种MHD模式对MAST等离子体中NBI产生的快离子数的影响的综合研究结果。快离子再分布由于低频（20 - 50 kHz）啁啾高能粒子模式称为鱼骨，以及长寿命的内部扭结模式，观察与快离子氘α（FIDA）光谱仪和径向扫描准直中子相机。此外，强驱动的啁啾环形诱导阿尔芬本征模观察到快离子重新分配，锯齿和大的边缘局部模式。在每一种情况下，模式影响快离子的本征模结构和主环模数所管辖的区域的真实空间。建模使用全球运输分析代码TRANSP，与特设的异常扩散介绍，再现的粗功能的受影响的快离子分布在存在的能量粒子驱动的模式，但光谱和空间分辨FIDA测量表明，分布表现出结构上的一个更精细的规模比占这个模型。
2014-01-27 physics.plasm-ph
Hierarchical approach for energetic particle transport in 1-dimensional uniform plasmas
束-等离子体系统在聚变物理学中的重要性依赖于其再现高能粒子与Alfvénic谱相互作用的相关特征的能力。我们在这里分析了一个多层次的Vlasov-Poisson诱导运输，以表征底层的物理过程。
2021-09-23 physics.plasm-ph
Highest Fusion Performance without Harmful Edge Energy Bursts in Tokamak
本文提出融合机器学习与实时控制的自适应三维磁扰动优化，并在 DIII-D、KSTAR 上验证，可在抑制边缘能量爆发的同时实现最高聚变性能。
2024-05-08 physics.plasm-ph
FIRM3D: Fast ion reduced models in 3D
Columbia University（哥伦比亚大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Graz University of Technology（格拉茨工业大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
本文提出了一种用于三维磁场中高能粒子动力学建模的开源软件FIRM3D，该软件基于SIMSOPT扩展，集成了MHD平衡和波稳定性软件，并支持CPU和GPU并行计算，用于高能粒子物理研究。
2026-05-16 physics.plasm-ph
Analysis of fast ion induced instabilities in tokamak plasmas
在托卡马克等磁约束聚变装置中，约束聚变产生的高能氦核（$α$ -粒子）以维持等离子体的能量平衡是至关重要的。然而，高能离子可以激发各种不稳定性，这可以导致它们增强的径向输运。因此，这些不稳定性可能降低加热效率，并且它们还可能在设备的面向等离子体的部件上引起有害的功率负载。因此，了解这些模式是未来燃烧等离子体实验的关键问题。高能粒子驱动不稳定性的主要问题之一是模式结构的非线性演化。在这篇论文中，我介绍了我在ASDEX Upgrade托卡马克装置中观察到的离轴NBI加热等离子体斜升阶段中的$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）和EP驱动的测地声学模（EGAM）的研究结果。这些模式在软X射线相机的几个视线（LOS）上都很明显，这使得分析它们的空间结构的时间演化成为可能。为了研究径向结构，必须在不同的损耗上确定模式振幅。提出了一种先进的振幅重建方法，该方法可以处理模式频率快速变化和低信噪比的情况。该方法基于短时傅立叶变换，而短时傅立叶变换是研究瞬态类波现象随时间演化的理想方法，在本文中得到了广泛的应用。径向结构分析表明，在观察到的向下啁啾BAE的情况下，径向本征函数的变化小于测量的不确定性，而在快速向上啁啾EGAM的情况下，分析显示模式结构的收缩。这些实验结果与相应的理论相一致。
2015-06-16 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic stability of a high $β$ non-inductive spherical tokamak
球形托卡马克（ST）已被证明具有理想的性能，如实现高等离子体聚变发电厂？并且具有增加的垂直稳定性。为了了解高$β$ ST聚变反应堆概念设计中可能预期的约束特性，使用局部线性回转动力学分析了1GW ST等离子体平衡，以确定出现的微不稳定性类型。动力学气球模式（KBM）和微撕裂模式（MTM）被发现是占主导地位的不稳定性。确定这些线性模式的参数依赖性，并根据获得的见解，调整平衡以找到在$θ_0$ = 0：0时对所有微观不稳定性略微稳定的状态。这项工作确定了最重要的微观不稳定性，预计产生湍流输送高$β$ ST。这些模式的影响必须忠实地捕捉到基于第一原理的减少模型的异常运输，需要预测模拟。
2021-08-25 physics.plasm-ph
Discovery of Density Limit Disruption Induced by Core-localized Alfv${é}$nic Ion Temperature Gradient Instabilities in a Tokamak Plasma
Center for Fusion Sciences, Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院聚变科学中心）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院等离子体物理研究所）
研究发现核心局部化阿尔维恩离子温度梯度不稳定性引发等离子体密度限制破坏，为未来聚变反应堆提供关键理解。
2026-01-22 physics.plasm-ph
Statistical Characterisation and Classification of Edge Localised Plasma Instabilities
研究了环形磁约束聚变等离子体中边缘局域等离子体不稳定性的统计特性。从第一原则，标准的实验动机的假设，以确定一个特定的概率分布ELMs之间的等待时间：威布尔分布。这是证实了经验的统计严格的比较，从欧洲联合圆环（JET）的大型数据集。ELM等待时间的成功表征使未来的工作能够以各种方式取得进展。在这里，我们提出了ELM类型的定量分类，现象学的方法的补充。它还告诉我们ELMing过程的性质，例如它们是随机的还是确定性的。
2013-02-26 physics.plasm-ph
Effects of multi-dimensionality and energy exchange on electrostatic current-driven plasma instabilities and turbulence
本文利用2D2V Vlasov–Poisson动理学模拟研究多维电流驱动静电不稳定性的饱和过程，揭示其四阶段演化及各向同性化特征，发现多维效应会限制纵向高能回流离子形成并促进横向高能离子产生。
2024-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph stat.AP
MHD stability of JT-60SA operation scenarios driven by passing energetic particles for a hot Maxwellian model
分析了高能粒子通过对JT-60 SA等离子体中的电阻气球模（RBM）和高能粒子驱动模的影响，从而预测了N-NBI加热等离子体的稳定性。分析是使用代码FAR 3d，解决了减少MHD方程描述的线性演化的极向通量和涡的环向分量在一个完整的3D系统，再加上方程的密度和平行速度矩的高能粒子（EP）的物种假设平均麦克斯韦EP分布拟合的减速分布，包括声学模式的影响。模拟结果表明，在类似ITER的感应情况下，频率（f）为115 kHz的3/2-4/2 TAE、f=98 kHz的6/4-7/4 TAE和f=57 kHz的6/4或7/4 BAE可能会不稳定。当高能粒子β增加时，β诱发的AE（BAE）、环形AE（TAE）和椭圆AE（EAE）在等离子体的中间-内部区域发生不稳定，导致不同环形族的AE发生重叠。如果这些不稳定性共存于非线性饱和相中，则EP输运可被增强，导致较低的加热效率。对于一个假设的配置的基础上的ITER类电感的情况下，但中心峰值EP配置文件，EP β阈值增加，几个BAE是不稳定的内部等离子体区域，表明改善AE稳定性相对于离轴峰值EP配置文件。此外，一个假设的JT-60 SA方案与共振q=1的内等离子体区域的分析表明，鱼骨状的不稳定性的离轴峰值EP配置文件的不稳定。此外，EP对RBM具有稳定作用，随着等离子体基座处具有低能量（低于250 keV）的EP的数量增加而增强。
2020-10-08 physics.plasm-ph
The gyrokinetic field invariant and electromagnetic temperature-gradient instabilities in `good-curvature' plasmas
University of Oxford（牛津大学）；Merton College, Oxford（牛津大学默顿学院）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Otago（奥塔哥大学）
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
Predictions of improved confinement in SPARC via energetic particle turbulence stabilization
高温超导体技术的最新进展导致了托卡马克装置的设计和建造，这是一种紧凑的托卡马克装置，预计将在外部离子回旋共振加热（ICRH）功率高达$25$ MW的情况下达到等离子体盈亏平衡。这份手稿介绍了局部（磁通管）和径向全球gyrokinetic基因（Jenko等，2000年物理等离子体{ \bf 7} 1904）模拟的减少场和电流的H-模式湍流的情况下，显示超热粒子-通过ICRH产生-强烈抑制离子尺度的湍流传输触发快离子诱导的异常传输障碍（F-ATB）。触发机制被识别为快速粒子群和等离子体微不稳定性之间的波-粒子共振相互作用（Di Siena等人2021 Phys. Rev. Lett. { \bf 125} 025002）。通过执行一系列的全球模拟，采用不同的配置文件的热离子，我们表明，这种情况下的融合增益可以大大提高到$\sim 80\%$通过利用这种快速离子稳定机制。还提出了一项研究，以进一步优化高能粒子的配置文件，从而可能导致实验上一个更显着的融合增益。
2022-10-21 physics.plasm-ph
Turbulence suppression by energetic particles: A sensitivity-driven dimension-adaptive sparse grid framework for discharge optimization
采用灵敏度驱动的方法研究了高能粒子在抑制NBI氘和ICRH $^3$ He快离子诱导的类JET情形中的作用。首先，灵敏度驱动的方法的效率被展示为在$21$维参数空间中的扫描，其中仅$250$模拟是必要的。使用传统笛卡尔网格执行的相同扫描（每个$21$维度中只有两个点）将需要$2^{21} = 2,097,152$模拟。然后，一个$14$维参数子空间被认为是，使用灵敏度驱动的方法来找到近似的参数增长率地图平均超过9个双正常波数，表示对湍流抑制的途径。相应的湍流通量，通过非线性模拟获得的优化参数集，减少了两个以上的数量级相比，参考结果。
2021-03-04 physics.plasm-ph
Behavior of kinetic instabilities in a dynamically forming resonant distribution
Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University（普林顿等离子体物理实验室，普林斯顿大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), Naka Institute for Fusion Science and Technology（国立量子科学技术研究机构（QST），那霸聚变科学与技术研究所）
研究在共振分布动态形成过程中，高能粒子驱动的不稳定性的行为，通过评估线性与非线性稳定性阈值，发现即使模式始终接近非线性阈值，仍可实现强驱动激发下的饱和，并扩展了近边缘和远边缘模式的解析模型。
2026-06-03 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energetic spectra from semi-implicit particle-in-cell simulations of magnetic reconnection
提出相对论半隐式粒子模拟方法RelSIM，在降低分辨率下稳定模拟磁重联与粒子加速，获得与显式方法一致但计算成本更低的幂律能量谱。
2025-09-14 physics.plasm-ph
Analysis of high-field side plasma instabilities in tokamak edge
针对托卡马克平衡双零位形下高场侧刮削层无涨落但密度陡峭的矛盾观测，本研究通过解析与数值方法研究漂移-电阻-气球模模型，分析该区域等离子体不稳定性、湍流及输运特征。
2024-10-10 physics.plasm-ph
The Berk-Breizman Model as a Paradigm for Energetic Particle-driven Alfven Eigenmodes
磁约束等离子体中持续核聚变的实现依赖于对聚变反应产生的高能离子的有效约束。这些粒子可以激发Alfven本征模（AE），这显著降低了它们的约束，并威胁到未来反应堆的真空容器。为了开发诊断和控制方案，需要更好地理解等离子体波和高能粒子之间的共振相互作用的线性和非线性特征。在一个孤立的单共振的情况下，问题是类似的所谓的伯克-Breizman（BB）的问题，这是一个经典的凸点尾部静电问题，包括外部阻尼的热等离子体和碰撞的延伸。一个半拉格朗日模拟程序，COBBLES，开发解决初始值BB问题。在实验相关条件下的非线性行为的不稳定性分为稳态，周期性，混沌和频率扫描（啁啾）制度。混沌政权扩展到一个线性稳定的区域，并提出了这样的亚临界不稳定性的机制。分析和半经验的法律非线性啁啾的特点，如扫描率，寿命和不对称性，开发和验证。长时间的模拟表明存在准周期啁啾制度。碰撞阻力和扩散被证明是必不可少的再现主要啁啾事件和静态相位，这是在实验中观察到的交替。在此基础上，提出了一种将COBBLES模拟结果与啁啾声发射实验结果进行拟合的方法。该方法可产生局部线性驱动和外部阻尼率，并应用于JT-60 U和MAST托卡马克的环向诱导声发射（TAE）。这表明存在着相对远离边际稳定性的TAE。
2011-01-28 physics.plasm-ph
Distinguishing Cause from Correlation in Tokamak Experiments to Trigger Edge Localised Plasma Instabilities
一般的问题被认为是：我们如何才能确定的概率，否则quasirandom事件，已被触发的外部影响？一个具体的问题是量化的技术成功触发，从而控制，边缘局部等离子体不稳定性（ELMs）在磁约束聚变（MCF）实验。这种技术的发展是必不可少的，以确保在大型MCF聚变装置的组件上的耐受热负荷，并且是必要的，它们的发展成为经济上成功的发电厂。贝叶斯概率理论被用来严格制定的问题，并提供一个正式的解决方案。准确，但务实的方法来估计触发概率，并说明与实验数据。这使得实验结果可以被定量评估，并形成严格的量化结论。示例应用包括评估ELM的触发是统计过程还是确定性过程，以及建立阈值以确保ELM被可靠地触发。
2014-11-03 physics.data-an physics.plasm-ph
Kinetic instabilities in a mirror-confined plasma sustained by high-power microwave radiation
本文总结了俄罗斯科学院应用物理研究所近十年来在电子回旋频率范围内进行的等离子体动力学不稳定性研究。研究了在电子回旋共振条件下，回旋管高功率微波辐射产生和维持的非平衡等离子体。共振等离子体加热导致形成至少两种电子成分，其中一种更密集和冷，决定了高频波的色散特性，第二种是一小群具有高度各向异性速度分布的高能电子，负责激发不稳定波。动态光谱和强度的受激电磁辐射的时间分辨率进行了研究。观测数据的解释是基于回旋脉泽范例，在这种情况下，非定常波-粒子相互作用过程的实验室模拟与地球磁层、行星和太阳日冕环中发生的类似过程有许多共同之处。
2017-02-20 physics.plasm-ph
Kinetic whistler instability in a mirror-confined plasma of a continuous ECR ion source
本文研究了在GISMO装置上，在镜面磁阱中连续ECR放电的稠密等离子体中的动力学不稳定性。我们实验定义不稳定的制度和相应的等离子体参数，在那里观察到的电磁发射的激发，伴随着从磁阱的高能电子的沉淀。沉淀电子能量分布和等离子体电磁发射光谱的综合实验研究，连同回旋不稳定性增量的理论估计证明，在实验条件下，所观察到的不稳定性与哨声模式波的激发有关，哨声模式波是从磁阱中损失高能电子的驱动器。本研究的结果对于GISMO ECRIS装置的进一步发展和改进其作为离子源的参数具有重要意义。此外，等离子体动力学不稳定性的研究是根本的兴趣，并提供了实验工具，同时研究等离子体的电磁活动和相应的变化，在共振电子能量分布。
2023-01-11 physics.plasm-ph
Deep learning based surrogate model for first-principles global simulations of fusion plasmas
等离子体不稳定性的准确识别和控制是聚变实验成功的重要保证。第一性原理模拟可以提供基于物理的不稳定性信息，包括增长率和模式结构，但对于实时应用来说通常不够快。在这项工作中，开发了一种基于深度学习的代理模型作为不稳定性模拟器，并以监督的方式使用来自DIII-D等离子体中电流驱动扭结不稳定性的陀螺动力学环形代码（GTC）全局电磁模拟的数据进行训练。GTC代理模型（SGTC）的推理时间为毫秒级，满足DIII-D实时等离子体控制系统（PCS）的要求。SGTC显示出对扭结模不稳定性的强预测能力，包括增长率和模结构。
2021-06-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The energetic coupling of scales in gyrokinetic plasma turbulence
从自由能交换的角度分析了磁化等离子体湍流中由于非线性相互作用而引起的垂直空间尺度的耦合。在这里考虑的等离子体，适当的离子或电子绝热电中性响应，所描述的回旋形式主义的环形磁几何。由于温度梯度不稳定性（离子温度梯度（ITG）或电子温度梯度（ETG））驱动的静电涨落，湍流发展。该分析包括将系统分解成一系列尺度结构，同时分别考虑具有特殊对称性的模式（例如，纬向流模式）。这些尺度的相互作用进行了分析，使用能量传递函数，包括向前和向后的分解，尺度通量和局部功能。ITG和ETG情况之间的比较表明，ETG湍流具有更明显的经典湍流行为，表现出更强的能量级联，与gyrokinetic湍流建模的影响。
2014-07-03 physics.plasm-ph
Solar wind driven electrostatic instabilities with generalized r,q distribution function
本文采用Boltzmann-Vlasov动力学模型，考虑平顶非麦克斯韦分布的电子和离子，研究了速度幂律能量尾（广义r，q分布），太阳风等离子体流驱动下的无电流静电不稳定性，即离子声不稳定性。不稳定性阈值受到影响，并取决于光谱指数r和q。发现增长率随谱指数的减小而增大。此外，还利用广义r，q分布函数讨论了三组分电子-离子-尘埃等离子体的动力学不稳定性。当太阳风在星际尘埃存在的情况下流过彗星等离子体并激发静电不稳定性时，这种情况是有趣的。在波的相速度大于和小于尘埃粒子的热速度的限制下，分析计算了尘埃声学模式的色散特性和增长率，并绘制了不同值的光谱指数。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Energetic Particle Tracing in Optimized Quasisymmetric Stellarator Equilibria
本研究评估近轴展开法在优化准对称仿星器中计算高能粒子轨道与损失份额的准确性，分析准对称偏差的影响，验证了其在瞬态损失区间的适用性并推导了相关有效表达式。
2024-04-15 physics.plasm-ph
Two stream instabilities in degenerate quantum plasmas
基于介电函数方法研究了等离子体双流不稳定性的量子力学效应。分析表明，当电子漂移速度与费米速度相当时，与惯性约束聚变相关的简并等离子体表现出与经典等离子体不同的行为。对于与费米波矢相当的高波矢，简并量子等离子体具有比经典等离子体更大的双流不稳定性区。一个政权，其中的等离子体波的频率大于1.5倍的朗缪尔波的频率变得不稳定的双流不稳定性，被确定。
2013-10-18 physics.plasm-ph quant-ph
Three-dimensional particle-in-cell modeling of parametric instabilities near the quarter-critical density in plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了激光与等离子体相互作用的非线性机制，包括双等离子体衰变（TPD）和受激喇曼散射（SRS）不稳定性，数值模拟参数与惯性约束聚变（ICF）实验参数有关。在等离子体中，SRS和TPD在同一区域发展，只有包含SRS和TPD的完整模型才能准确描述快电子的产生。在线性阶段的不稳定性的增长被认为是在良好的协议与分析理论。在饱和阶段，受激喇曼散射子波驱动的低频密度扰动增强，使TPD饱和，从而抑制了快电子的产生。在3-D建模的快电子通量是一个数量级小于以前报道的2-D TPD模拟，使其接近ICF实验的结果。
2019-04-15 physics.plasm-ph
Experimental investigation of the radial structure of energetic particle driven modes
在托卡马克等离子体中，高能粒子（EP）经常激发阿尔文本征模（AE）和高能粒子模（EPMs）。关于EP驱动的不稳定性的主要开放问题之一是模式结构的非线性演化。本文的目的是研究离轴NBI加热ASDEX升级（AUG）放电的斜升阶段中观察到的β诱导AE（BAE）和EP驱动测地线声学模式（EGAM）的特性。本文重点研究了BAE/EGAM在非线性啁啾阶段的模式结构变化。我们的研究表明，在观测到的下啁啾BAE的情况下，径向结构的变化小于我们测量的不确定性。这种行为是最有可能的后果，BAE是正常模式，因此其径向结构强烈依赖于背景等离子体参数，而不是EP分布。在快速向上啁啾EGAM的情况下，分析一致地显示模式结构的收缩。提出的解释是，在速度空间中的共振移动到更多的通过粒子具有较窄的轨道宽度。
2016-04-03 physics.plasm-ph
