Verification of the global gyrokinetic stellarator code XGC-S for linear ion temperature gradient driven modes
XGC（X-point Gyrokinetic Code）是一个全体积、全f Gyrokinetic Particle-in-Cell程序，用于托卡马克的建模。在最近的工作中，XGC已被扩展到更一般的三维环形磁配置，如仿星器模型。这些改进导致了XGC-S版本。在本文中，XGC-S的线性静电离子温度梯度驱动的微不稳定性，这可能是在仿星器湍流输运的基础为基准。XGC-S在托卡马克几何中的初始基准显示出与XGC 1，ORB 5和全球GENE代码的良好一致性。XGC-S和EUTERPE全球仿星器陀螺动力学代码之间的基准测试也已经完成，这次是在优化仿星器Wendelstein 7-X的几何结构中。已发现良好的协议的模式数谱，模式结构，和增长率。
2019-05-14 physics.plasm-ph
Global Gyrokinetic Simulation of Tokamak Edge Pedestal Instabilities
全球电磁陀螺动力学模拟表明，在两个DIII-D H模式放电的边缘基座中，存在高$n$动力学气球模式（KBM）和中间$n$动力学版本的剥离气球模式（KPBM）的近阈值条件。当磁剪切在陡峭的压力梯度的狭窄区域中减小时，KPBM显著稳定，而KBM弱不稳定，因此成为最不稳定的模式。碰撞降低了KBM的临界$β$并增加了生长速率。
2012-09-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic particle-in-cell simulations of electromagnetic turbulence in the presence of fast particles and global modes
本文利用回旋粒子格子程序ORB 5（E. Lanti等人，Comp.Phys.Comm.，${\bf 251}$，107072（2020））和EUTERPE（V.Kornilov等人，Phys.Plasmas，${\bf 11}$，3196（2004））。模拟这种复杂的耦合系统的计算可行性证明。
2022-03-22 physics.plasm-ph
Global linear and nonlinear gyrokinetic modelling of Alfvén eigenmodes in ITER
本文给出了ITER托卡马克装置15 MA方案下，利用ORB 5程序的全局非线性电磁陀螺动力学模型对Alfvénic不稳定性，特别是环形Alfvén本征模（TAE）进行线性和非线性模拟。线性模拟表明，椭圆阿尔文本征模和奇宇称TAE只有弱阻尼，但不受α粒子的激发，其驱动有利于偶宇称TAE。发现低众数TAE是全局性的，需要全局治疗。非线性地，即使在标称EP密度加倍的情况下，单模模拟也会导致饱和，而EP传输可忽略不计，然而多模模拟预测，在标称EP密度加倍的情况下，将发生增强的饱和和显著的EP再分布。
2020-12-10 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of ITG turbulence in the configuration space of the Wendelstein 7-X stellarator
本研究针对Wendelstein 7-X仿星器不同磁位形的湍流输运问题，采用GENE-3D代码开展全局回旋动理学模拟，对比三种位形的ITG湍流输运特性，并验证了全局非线性模拟在定量预测湍流通量方面的必要性。
2020-05-04 physics.plasm-ph
Numerics and computation in gyrokinetic simulations of electromagnetic turbulence with global particle-in-cell codes
本文用全球回旋动力学粒子格子程序ORB 5研究了托卡马克和仿星器等离子体中的电磁湍流。Lanti等人，Comp. Phys. Comm，第251卷，107072（2020）]和EUTERPE [V. Kornilov等人，Phys. Plasmas，第11卷，3196（2004）]。大纵横比托卡马克，缩小规模的ITER，和Wendelstein 7-X几何被认为是。主要目标是增加等离子体β，机器尺寸，离子与电子质量比，以及在这样的模拟中包括逼真的几何特征。研究了在部署大规模GPU的计算机系统上的相关数值要求和计算成本。这些都是必要的步骤，使电磁湍流模拟在未来的反应堆等离子体。
2021-05-04 physics.plasm-ph
Exact Energy Conservation Laws for Full and Truncated Nonlinear Gyrokinetic Equations
给出了一般磁几何条件下非线性电磁陀螺运动方程的全$f$和全$δf$形式的精确整体能量守恒律。在这两个配方中，极化和磁化效应之间的关系，在gyrokinetic泊松和安培方程和二次有质动力gyrocenter哈密顿强调。
2010-03-03 physics.plasm-ph
Global Gyrokinetic Simulations of Electromagnetic Turbulence in STEP
York Plasma Institute, University of York（约克等离子体研究所，约克大学）
本文通过GENE的长波δB∥求解器开展STEP的全局电磁gyrokinetic模拟，揭示有限β下电磁湍流非线性饱和特性，确立全局gyrokinetics捕捉类STEP等离子体动力学的能力。
2026-09-03 physics.plasm-ph
Using the local gyrokinetic code, GS2, to investigate global ITG modes in tokamaks. (I) s-$α$ model with profile and flow shear effects
本文结合本地gyrokinetic代码与分析理论的结果重建的线性不稳定的离子温度梯度（ITG）模式与绝热电子的全球本征模结构。本文采用s-$α$托卡马克平衡模型进行模拟.使用GS 2在径向表面x的范围内进行了局部回转动力学计算，并且对于在范围- $π {\leq} p {\leqπ}$内的气球状相位角p，绘制出复局部模式频率${Ω_0(x, p) = ω_0(x, p) + iγ_0(x, p)}$。假设驱动器的二次径向轮廓，即${η_i = L_n/L_T}$（保持所有其它平衡轮廓例如安全系数、磁剪切等恒定），${Ω_0(x, p)}$有一个稳定点。重建的全局模式位于托卡马克等离子体的外侧中平面上，并且被称为常规或孤立模式，具有全局增长率$γ$ ~ Max[ ${γ_0(x, p)}$ ]，其中${γ_0(x, p)}$是局部增长率。考虑到其他平衡剖面中的径向变化（例如安全系数q（x）），消除了${Ω_0(x, p)}$中的稳定点，并导致峰值略微远离外侧中平面的模式，同时降低了全局增长率。最后，还通过多普勒频移（${ω_0 \rightarrow ω_0 + nΩ^{\prime}x}$）研究了流动剪切的影响，其中n是环形模数，${Ω^{\prime}}$包含了流动剪切的影响。平衡剖面的变化介绍了一个不对称的增长率谱相对于${Ω^{\prime}}$的符号，与最近的全球gyrok…
2014-08-04 physics.plasm-ph
Extension of gyrokinetics to transport time scales
回旋动力学模拟极大地提高了我们对聚变装置中湍流输运的理论理解。目前使用的大多数陀螺动力学模型都是delta-f模拟，其中密度和温度的缓慢变化的径向轮廓被假设为对于湍流饱和时间是恒定的，并且仅计算湍流电磁波动。正在建立新的大规模模拟，以自洽地确定密度和温度的径向分布。然而，这些新的代码没有意识到，现代gyrokinetic配方，由一个gyrokinetic福克-普朗克方程和gyrokinetic准中性方程，是唯一有效的delta-f模拟，不达到必要的更长的传输时间尺度演变径向配置文件。在托卡马克装置中，由于轴对称性，轴对称径向电场的演化是一个具有挑战性的问题，需要对回旋处理进行实质性修改。在这篇论文中，我研究了湍流对整体电场和等离子体流动的影响。通过研究电流守恒方程或涡量方程，我证明了长波长的轴对称流必须保持新经典，我表明托卡马克是内在的双极，即，对于任何长波长径向电场，径向电流为零到非常高阶。内禀双极性是现代回旋动力学方法问题的根源，因为低阶回旋动力学准中性（如果正确评估）有效地独立于径向电场。我提出了一个新的陀螺动力学的形式主义来解决的全球径向电场。
2013-09-27 physics.plasm-ph
Pullback transformation in gyrokinetic electromagnetic simulations
结果表明，一个相当大的改善，在全球陀螺运动的电磁模拟，可以实现通过稍微修改的模拟方案。新方案得到了验证，模拟了托卡马克几何结构中的环形Alfvén本征模在低垂直模数，所谓的“MHD极限”。此外，电磁漂移模式已成功地模拟在仿星器。
2014-07-15 physics.plasm-ph
Using a local gyrokinetic code to study global ITG modes in tokamaks
本文将局部回旋动力学程序GS 2的结果与解析理论相结合，得到了托卡马克等离子体中线性离子温度梯度（ITG）模的整体模结构。使用GS 2对一系列径向通量表面${x}$和气球状相位角${p}$进行局部回转运动计算，以绘制出单个环形模式数${n}$的局部复模式频率${Ω_{0}(x,p)=ω_{0}(x,p)+iγ_{0}(x,p)}$。将${Ω_{0}}$关于${x=0}$进行泰勒展开，并采用傅里叶气球表示，得到了振幅包络的二阶常微分方程${A\left(p\right)}$，它描述了如何将局部结果组合起来形成全局模式。我们采用所谓的CYCLONE循环米勒均衡模型的基本情况。假设${a/L_{T}}$和${a/L_{n}}$的径向变化曲线在${x=0}$处达到峰值，并且所有其他平衡曲线保持不变，则发现${Ω_{0}(x,p)}$具有一个稳定点。重建的全局模式位于托卡马克的外侧中平面，全局增长率为${γ\sim}$ Max ${\left[γ_{0}\right]}$。包括径向变化的其他平衡配置文件，如安全系数和磁剪切，导致一个模式，峰值远离外侧中平面，全球增长率降低。最后，还通过引入多普勒频移${ω_{0} \rightarrow ω_{0} - nΩ_ϕ^{\prime} x}$研究了环向流剪切的影响，其中${Ω_ϕ}$是平衡环向流，撇号表示径向导数。平衡剖面的变化引入了一个不对称的…
2015-10-06 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of ASDEX Upgrade up to the transport time-scale with GENE-Tango
准确描述湍流的传输时间尺度是必不可少的预测核心等离子体的配置文件，并使可靠的计算设计先进的方案和未来的设备。在这里，我们利用湍流和运输时间尺度之间的间隙分离，并耦合全球gyrokinetic代码GENE的运输求解器探戈，包括动力学电子，碰撞，现实的几何形状，环形旋转和电磁效应的第一次。这种方法克服了陀螺动力学代码的局限性，并使高保真度的轮廓计算在实验相关的等离子体条件下，显着降低了计算成本。我们目前的数值计算结果的GENE-Tango两个ASDEX升级放电，其中之一表现出明显的峰化的离子温度分布没有重现TGLF-ASTRA。我们表明，GENE-Tango可以正确捕获实验中观察到的离子温度峰值。通过在GENE模拟中保留不同的物理效果，例如，碰撞，环向旋转和电磁效应，我们证明了离子温度分布的峰值是由于电磁效应的亚边缘MHD不稳定性。基于这些结果，预期的GENE-Tango加速的ITER标准方案是大于两个数量级相比，一个单一的gyrokinetic模拟运输时间尺度，可能使第一原理ITER模拟可行的当前计算资源。
2022-04-12 physics.plasm-ph
ORB5: a global electromagnetic gyrokinetic code using the PIC approach in toroidal geometry
本文介绍了全球陀螺动力学代码ORB 5的当前状态，作为对以前参考文献[Jolliet等人，Comp. Phys. Commun. 177 409（2007）]。ORB 5代码使用PIC方案求解电磁Vlasov-Maxwell方程组，还包括碰撞和强流。该代码假设多个回旋离子物种在所有波长的极化密度和漂移动力学电子。可以为电子选择物理模型的变体，例如假设绝热响应或"混合“模型，其中假设通过的电子是绝热的，而捕获的电子是漂移动力学的。傅立叶滤波器以及各种控制变量和降噪技术使仿真能够以有限的数值成本获得良好的信噪比。他们完成了不同的动量和纬向流守恒热源允许温度梯度和通量驱动的模拟。该代码在CPU和GPU上运行，与其他类似代码和分析预测进行了很好的基准测试，并显示出良好的可扩展性，可扩展到数千个节点。
2019-05-06 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
Study of the impact of fast ions on core turbulence at rational surfaces via global gyrokinetic simulations
Institute for Fusion Studies, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）
本研究通过gyrokinetic模拟揭示快离子通过降低不稳定性阈值和生成zonal结构来抑制湍流，显著减少湍流输运。
2025-12-21 physics.plasm-ph
Nonlinear generation of global zonal structures in gyrokinetic simulations of TCV and ASDEX Upgrade magnetic configurations
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；De Vinci Higher Education, De Vinci Research Center（德芬奇高等教育，德芬奇研究中心）；Institute of Physics, University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学物理研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Swiss Plasma Center（洛桑联邦理工学院，瑞士等离子体中心）
本文通过gyrokinetic模拟研究了非线性生成全球环向结构在TCV和ASDEX Upgrade磁约束配置中的作用机制。
2026-03-09 physics.plasm-ph
Linear Gyrokinetic Simulations of Micro-tearing Mode: Local versus Global
Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）
该研究用GENE代码系统比较微撕裂模的局部与全局线性回旋动理学模拟，涵盖多样等离子体参数。发现全局模拟有独特模式，电流层宽度是决定全局效应关键因素，核心区局部与全局结果一致，台基区有偏差，解释了两者模拟差异。
2026-07-20 physics.plasm-ph
Core transport barriers induced by fast ions in global gyrokinetic GENE simulations
最近，在适当优化的ASDEX升级实验上，在最先进的全球陀螺动力学模拟中观察到了一种称为F-ATB（快离子诱导异常输运势垒）的新型内部输运势垒（ITB）[A. Di Siena等人，Phys. Rev. Lett. { \bf 127} 025002（2021）]。与文献中先前报道的传输屏障不同，F-ATB的触发机制基本上是超热粒子（通过离子回旋共振加热（ICRH）产生）和离子尺度等离子体湍流之间的静电波-粒子共振相互作用。这种共振效应强烈地依赖于快离子温度和密度分布的特定形状。因此，为了进一步提高我们对这种传输势垒的理论理解，我们通过全球GENE模拟进行系统研究，探索F-ATB生成的参数空间和物理条件。特别强调的是通过扫描不同的高能粒子温度分布的传输势垒的宽度和其本地化。后者是不同的振幅，半宽度，和径向本地化的一个特设的高斯型高能粒子对数温度梯度分布。对于手头的参考参数，确定了快离子对数温度梯度的幅度中的阈值，以有效地触发输运势垒。
2021-10-18 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic analysis of Wendelstein 7-X discharge: unveiling the importance of trapped-electron-mode and electron-temperature-gradient turbulence
本文首次对类 W7-X 仿星器放电进行含动理学电子、平衡径向电场及电磁碰撞效应的非线性径向全局回旋动理学模拟，揭示芯部湍流电子热通量主要由 TEM 和 ETG 驱动，并强调有限电子温度梯度的关键作用。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Detecting Shearless Phase-Space Transport Barriers in Global Gyrokinetic Turbulence Simulations with Test Particle Map Models
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Zhejiang University（浙江大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of São Paulo（圣保罗大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究通过测试粒子映射模型揭示无剪切环在等离子体湍流中的传输屏障作用及再连接机制。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulation of magnetic island induced ion temperature gradient turbulence in toroidal plasma
本研究通过回旋动理学模拟发现，磁岛可独立驱动ITG湍流，并诱发涡旋流；磁岛越宽，涡旋流越宽，输运越强，当磁岛宽度达21倍离子回旋半径时，湍流输运水平与压力梯度驱动相当。
2023-12-27 physics.plasm-ph
ORB5X: a performance-portable global electromagnetic gyrokinetic PIC code in C++/Kokkos built using Agentic AI
Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；Department of Mechanical Engineering, MIT（麻省理工学院机械工程系）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（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）
本文介绍ORB5X，它是ORB5的C++/Kokkos版本，保留了原Fortran代码的数学模型与算法，通过替换模块和数组提升性能可移植性，经测试与原代码精度相近，且能在多种设备上编译运行。
2026-09-09 physics.plasm-ph
A Subgrid Model for Electron-Scale Turbulent Transport in Global Ion-Scale Gyrokinetic Simulations of Tokamak Plasmas
本文提出一种亚格子ETG模型，将GENE的电子尺度湍流平均后耦合到全局ITG GEM模拟中，以在离子尺度方程中计入电子热输运并分析其影响。
2025-07-22 physics.plasm-ph
A novel approach to radially global gyrokinetic simulation using the flux-tube code $\texttt{stella}$
本文提出了一种新的全局陀螺动力学仿真方法，并在磁通管程序$\texttt{stella}$中实现。这是通过在湍流的垂直尺度长度中使用陀螺运动方程的辅助展开来完成的，该辅助展开最初由Parra和Barnes [Plasma Phys. Controlled Fusion，$\textbf{57}$ 054003，2015]导出，其允许使用傅立叶基函数，同时能够以微扰方式包括径向轮廓变化的影响。利用Grad-Shafranov方程和Miller平衡方程的整体推广，包括了磁几何的径向变化。径向边界条件，采用多个磁通管模拟也被开发，作为一个更物理动机的替代传统的狄利克雷径向边界条件，用于全球模拟。它示出，这些新的边界条件消除了大部分的径向边界附近产生的数值伪影时，表示一个非周期函数使用的频谱基础。然后，我们基准的新方法线性和非线性使用一些标准的测试用例。
2022-07-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Integrating Gyrokinetic Flux Predictions with Ideal MHD Stability Boundaries
General Atomics（通用原子能公司）；UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)（英国原子能管理局）
提出一种集成台基-稳定性工作流，结合平衡扫描、MHD稳定性分析和回旋动理学输运预测，再现KBM第一和第二稳定性结构，并应用于球形托卡马克和SPARC类高环向场等离子体。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
采用全局电磁回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了磁约束等离子体中Alfvén模（AM）与离子温度梯度（ITG）湍流之间的自洽相互作用.在这里，一个轴对称的磁平衡与反向剪切和大的纵横比被认为是。通过引入超热离子群，使环模数n=5的AM不稳定。一旦AM在充分发展的湍流的存在下饱和，离子热通量由AM及其主要谐波主导。ITG诱导的运输也被发现在不稳定的AM的存在下增强。
2019-12-19 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
利用自洽的全局回旋动力学方法和解析理论，研究了离子温度梯度湍流中高能粒子（EP）驱动的β诱导Alfvén本征模（BAE）的非线性动力学行为.本文研究了具有大纵横比和反向剪切的托卡马克磁平衡。以前对这种结构的研究表明，在没有湍流的情况下，电子种类在确定BAE的非线性饱和水平方面起着重要作用[A. Biancalani等人，（2020）]。在这里，我们将研究扩展到湍流等离子体。的EP被发现修改的热通量通过引入能量在大的空间尺度，主要是在占主导地位的BAE及其谐波的环形模式数。在这一制度下，BAE被发现进行强电子热通量。BAE引起的温度分布的全球松弛的反馈，以及湍流动力学，也进行了讨论。
2020-10-19 physics.plasm-ph
First global gyrokinetic profile predictions of ITER burning plasma
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；CNRS AixMarseille Univ PIIM UMR7345（法国国家科学研究中心艾克斯-马赛大学PIIM联合研究实验室）
首次用GENE-Tango对15 MA ITER基准情景进行全局回旋动理学模拟，预测聚变增益Q=12.2，发现电磁模式主导芯部输运，安全因子分布对约束至关重要，带状流最终淬灭电子温度梯度湍流。
2025-11-05 physics.plasm-ph
System size scaling of triangularity effects on global temperature gradient-driven gyrokinetic simulations
本研究通过ORB5代码的全局 gyrokinetic 模拟，探究负三角性（NT）相对正三角性（PT）的L模约束优势的机制与尺寸标度性，发现NT的湍流输运降低效应不依赖装置尺寸与涨落尺度，为其在未来聚变装置的应用提供依据。
2024-02-25 physics.plasm-ph
Intrinsic toroidal rotation driven by turbulent and neoclassical processes in tokamak plasmas from global gyrokinetic simulations
本研究利用全局全f回旋动理学代码XGC模拟DIII-D H模等离子体，发现漂移轨道平行动量通量与E×B动量通量对残余应力贡献显著，揭示了其在本征环向旋转研究中的重要性。
2024-05-28 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Simulations on Many- and Multi-core Architectures with the Global Electromagnetic Particle-In-Cell Code ORB5
等离子体物理中的回旋动力学代码需要出色的计算资源来解决日益复杂的问题，需要有效利用尖端的HPC架构。本文重点介绍了使ORB 5，一个国家的最先进的，基于第一原理的gyrokinetic代码，现代并行混合多核，多GPU系统。ORB 5是一个拉格朗日，粒子单元（PIC），有限元，全球，电磁代码，最初通过基于域分解和域克隆的MPI实现分布式并行。为了支持多核/多核设备，代码已经完全重构。数据结构经过重新设计，以确保高效的内存访问，增强数据局部性。多线程已通过CPU上的OpenMP引入，并采用OpenACC来支持GPU加速。MPI仍然可以与这两种方法结合使用。使用完整的生产ORB 5代码的首脑会议系统在ORNL，在Piz Daint在CSCS和马可尼系统在CINECA的性能结果，显示所采用的解决方案的有效性和性能的可移植性：相同的源代码版本被用来产生所有的结果在所有架构。
2020-02-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Neural network assisted electrostatic global gyrokinetic toroidal code using cylindrical coordinates
为克服磁通坐标在磁分界面处的奇异性限制，开发了神经网络辅助的柱坐标全局回旋动理学代码G2C3，利用神经网络混合方案加速粒子定位与场插值，并成功验证了DIII-D托卡马克的线性离子温度梯度模拟。
2024-08-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A High-order piecewise field-aligned triangular finite element method for electromagnetic gyrokinetic particle simulations of tokamak plasmas with open field lines
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Max Planck Computing and Data Facility（马克斯·普朗克计算与数据设施）
本文提出一种高阶分段场对齐三角有限元方法，用于高效模拟托卡马克等离子体中的电磁旋磁粒子-网格问题。
2026-02-03 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of the impact of magnetic island on ion temperature gradient driven turbulence
本文利用全局回旋动理学模拟研究磁岛宽度对磁岛与离子温度梯度湍流多尺度相互作用的影响，揭示涡旋流、带状流及湍流输运随磁岛宽度的变化规律。
2023-06-09 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of intrinsic rotation in ASDEX Upgrade Ohmic L-mode plasmas
ASDEX升级（AUG）等离子体的非线性，径向全球，湍流模拟和非线性产生的本征流显示协议的欧姆L模式等离子体的核心在标称参数测量的本征流梯度。利用动力学电子模型的模拟显示中空的本征流剖面中所看到的在类似的等离子体参数进行的实验的主要数量。此外，与之前的通量管分析相比，观察到明显更大的流量梯度（Hornsby等人{ \it Nucl. Fusion}（2017））。绝热电子模型模拟可以示出在相对于动力学电子模拟的梯度中具有相反符号的流动轮廓，这意味着由于动力学电子而导致的残余应力的符号的反转。本征流的形状在很大程度上取决于密度梯度分布。计算了残余应力对密度分布曲率变化的敏感性，发现其明显强于对新古典流的敏感性（Hornsby等人{ \it Nucl. Fusion}（2017））。这种变化本身就足以解释在某些AUG实验中看到的本征流梯度的大变化。对湍流对称性破缺特性的分析表明，剖面剪切是产生有限平行波数的主要机制，湍流梯度效应对平行波矢量的贡献较小。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Gyrokinetic turbulent transport simulations on steady burning condition in D-T-He plasmas
National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Sciences（国立研究开发法人 国立科学研究所 核聚变科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies（高等研究院）；PRESTO, Japan Science and Technology Agency（日本科学技术振兴机构 PRESTO项目）；Graduate School of Engineering, Kyoto University（京都大学 工学研究科）
本文通过反磁动力学-Vlasov模拟研究了D-T-He等离子体中由ITG和TEM驱动的湍流输运，揭示了稳态燃烧条件下粒子流的不平衡现象，并首次识别了满足Reiter条件的剖面状态。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic global simulation of Alfvenic ion temperature gradient mode in reversed magnetic shear
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）
使用陀动理学粒子-网格模拟系统研究了反向磁剪切磁约束聚变等离子体中由温度梯度驱动的电磁不稳定性，识别出一种弱剪切阿尔芬离子温度梯度模（WSAITG），并发现其由通行粒子共振驱动。
2026-05-29 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic particle-in-cell simulations of Alfven instabilities in tokamaks
本文用粒子胞内回旋动力学程序NEMORB研究了托卡马克装置中阿尔芬模的线性动力学。给出了模型方程，导出了局部剪切Alfven波的色散关系，恢复了不可压缩理想MHD极限下的连续谱。的验证和基准分析进行连续模式在一个圆柱体和超环面诱导阿尔芬本征模。在反向剪切平衡模式也进行了研究，并在极向平面上的平衡参数的空间结构的依赖关系进行了说明。特别是，在极向角的相移被发现是存在的模式，其频率接触的连续，而径向对称被发现是在连续间隙中的模式的特性。
2015-12-30 physics.plasm-ph
Comparison of local and global gyrokinetic calculations of collisionless zonal flow damping in quasi-symmetric stellarators
本文在准对称仿星器中比较了磁通管、磁通面和全体积三种几何下的纬向流无碰撞阻尼计算，揭示了局部计算在中等径向波数下可准确再现全体积残余，但小径向波数时振荡与阻尼时间尺度偏长。
2021-03-13 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
How accurate are flux-tube (local) gyrokinetic codes in modeling energetic particle effects on core turbulence?
本研究针对真实JET参数，通过GENE代码对比全局与局域通量管湍流模拟，评估通量管代码模拟快离子对芯部湍流影响的适用范围，发现仅静电和临界稳定情形下局域模拟有效，线性不稳定AITG/KBAE情形需全局模拟。
2023-05-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations on zonal flow-turbulence spreading coupling
Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
研究通过非线性gyrokinetic模拟揭示湍流扩散如何将zonal flow径向传播，扩展至线性稳定区域，并基于toroidal等离子体动量定理解释湍流驱动的涡旋输运与垂直动量生成的直接关系。
2026-04-22 physics.plasm-ph
The Eulerian variational formulation of the gyrokinetic system in general spatial coordinates
本研究拓展前期工作，提出一般空间坐标下带静电湍流的回旋动力学系统欧拉变分公式，通过拉格朗日密度对度量张量变分直接得到含湍流效应的对称压强张量，还分析了碰撞与外源项对动量平衡的修正，适用于非轴对称环形系统的全局回旋动力学模拟。
2021-02-05 physics.plasm-ph
Energetic Consistency and Momentum Conservation in the Gyrokinetic Description of Tokamak Plasmas
陀螺运动场论是在一般哈密顿量的背景下解决的。背景磁几何是静态的和轴对称的，并且拉格朗日量对动力学变量的所有依赖都是在哈密顿量或自由场项中。场的方程由函数导数给出。通过哈密顿量的对称性与时间和几何的环角不变性导致能量和环动量守恒。在对涨落幅度的不同排序水平中，能量一致性是精确的。强调了这一点在支持守恒定律中的作用。局部输运方程的涡量，环动量，和能量的推导。特别是，动量方程示出任何形式的哈密尔顿表现良好，并放宽其磁流体动力学（MHD）的形式时，采取长波长近似的哈密尔顿。目前使用的几种形式，这些形式的基础上，大多数全球性的模拟，被证明是很好地定义内的gyrokinetic场论和精力充沛的一致性。
2010-10-11 physics.plasm-ph
Gyrokinetic flux-driven simulations in mixed TEM/ITG regime using a delta-f PIC scheme with evolving background
本文提出将delta-f粒子云网格方法中的固定背景分布改为时间演化的麦克斯韦分布，以解决长时间通量驱动回旋动理学模拟中剖面显著演化导致的delta-f假设失效问题，在保持低采样噪声的同时以更少标记粒子获得数值收敛的准稳态结果。
2024-08-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic understanding of the edge pedestal transport driven by resonant magnetic perturbations in a realistic divertor geometry
为了研究密度泵出和电子热约束问题，采用全f粒子回旋动力学程序XGC对共振磁扰动下的DIII-D H模边缘等离子体中的新经典和静电湍流输运进行了自洽模拟. RMP场是从扩展的磁流体动力学（MHD）代码M3 D-C1导入的，考虑到线性双流体等离子体响应。与新古典和湍流物理一起考虑，XGC模拟再现两个关键特征的实验观察到的边缘传输下RMP：增加径向粒子运输的基座区域，这是足以占实验泵出率，并抑制电子热通量的边缘基座的最陡峭的部分。在模拟中，在电子反磁方向上移动的模式的密度波动幅度增加，由于在基座肩部和向外的RMP的相互作用，而电子温度波动幅度减小。
2020-03-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of turbulence and zonal flows driven by steep profile gradients using a delta-f approach with an evolving background Maxwellian
长期的全球陀螺湍流模拟是特别具有挑战性的情况下，系统偏离其初始状态强烈，当波动水平高，例如在强梯度区域。对于Particle-in-Cell模拟，由于与delta-f方案的控制变量的大偏差，来自大标记权重的统计采样噪声累积使得这种模拟通常不切实际。一个自适应控制变量的形式的通量表面平均麦克斯韦与时间相关的温度分布的引入，试图减轻前一个问题。在简化的无碰撞物理条件下，这种自适应的delta-f方案被证明可以减少纬向流中的噪声积累和准稳态湍流状态下的模拟热通量。该方法还避免了在标准非自适应方案中出现的信噪比的崩溃，因此，即使在较低标记数的情况下也允许达到数值收敛的结果。
2022-08-31 physics.plasm-ph
Nonlinear gyrokinetic PIC simulations in stellarators with the code EUTERPE
在这项工作中，第一个非线性粒子在细胞中进行模拟的仿星器与全球gyrokinetic代码EUTERPE使用现实的等离子体参数的报告。进行了几项研究，其目的是使可靠的非线性仿真仿星器与此代码。首先，EUTERPE对ORB 5在线性和非线性设置在托卡马克配置的基准。接下来，研究了噪声控制和稳定工具、Krook型碰撞算子、标记权重平滑和加热源的使用。详细研究了这些工具如何影响托卡马克和仿星器几何形状的不稳定性的线性增长率，以及它们对仿星器中线性带状流演化的影响。然后，研究了如何利用这些工具来提高仿星器配置中静电湍流的非线性模拟结果的质量。最后，这些工具被应用到一个W7-X磁配置使用实验等离子体参数。
2020-04-30 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulation of the effect of transient fueling on plasma turbulence in ADITYA-U tokamak
Indian Institute of Science Bangalore（印度科学研究所班加罗尔分院）；Institute for Plasma Research, Bhat（巴特等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Centre for Development of Advanced Computing（高级计算发展中心）；Department of Physics and Astronomy, University of California Irvine（加州大学尔湾分校物理与天文学系）
通过气体注入抑制ADITYA-U托卡马克中被困电子模湍流，提高核心温度和能量约束时间，作为主动控制微湍流的方法。
2026-02-23 physics.plasm-ph
A tight-coupling scheme sharing minimum information across a spatial interface between gyrokinetic turbulence codes
介绍了一种新的方案，紧耦合动力学湍流代码跨越空间接口。该方案从竞争策略和向下选择的考虑演变而来。它被发现，使用一个复合动力学分布函数和领域的全球边界条件，如果耦合代码是一个，使耦合问题易于处理。相比之下，耦合的两个解决方案，从每个代码跨越重叠区域被发现是更困难的，由于两个求解器之间的湍流解的数值移相。新方案的另一个优点是数据移动可以限于3D流体量，而不是更高维的动力学信息，这对于领导级计算机上的大规模模拟在计算上更有效。
2018-07-20 physics.plasm-ph
Evolution of self-organized structure, the internal transport barrier in the ion-temperature-gradient driven gyrokinetic turbulence
本文通过长时间非线性陀螺动力学全局模拟，利用邻域平衡更新方法加速计算，揭示了内部输运垒在磁轴处因向内湍流雪崩形成，并因向外雪崩导致自组织结构灾变扩展。
2023-11-16 nlin.AO physics.plasm-ph
Formulation and verification of multiscale gyrokinetic simulation of kinetic-MHD processes in toroidal plasmas
UC Irvine（加州大学尔湾分校）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；KAIST（韩国科学技术院）；Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Peking University（北京大学）
本文提出并验证了多尺度磁旋动能学模拟模型，用于研究磁约束等离子体中的低频波和湍流，通过统一处理所有动能-磁流体动力学过程。模型通过分离电子响应为解析和非解析部分，有效求解电子漂移动能方程，并用于验证DIII-D托卡马克内部环形模的模拟。
2026-04-07 physics.plasm-ph
