Hollow pellet injection for magnetic fusion
本研究提出用空心弹丸替代实心球进行磁聚变质量输送，结合烧蚀模型与BOUT++模拟，证明其可定向输送至边缘等离子体、降低核心污染和总质量需求，并展望ELM控制与破裂缓解应用。
2019-01-23 physics.plasm-ph
Hot-tail electrons' impact on assimilation and injection penetration of D2 Shattered Pellet Injections
碎片烧蚀率是影响冲击减缓系统（DMS）减缓效率的重要因素。目前主流的3D MHD代码建模SPI大多假设先前热的环境电子和新释放的冷电子之间的瞬时热化，如果热电子热化时间与碎片飞行时间相当甚至更长，则会导致低估烧蚀率。为了解决这个疑问，我们在此调查热化动力学和整体热电子碰撞。本文考虑了在快速冷却等离子体中热尾电子的有限时间碰撞热化，以及所谓的“自限”效应。前一种效应倾向于耗尽热尾物种中较冷的种群，而后者被发现优先耗尽较高能量的种群。结合的结果发现，导致几乎自相似的衰变的热电子分布函数，而它的形状并没有偏离麦克斯韦分布的平均能量没有改变太多的热化过程中。在此基础上，轴对称JOREK D2 SPI模拟进行了额外的热尾贡献，以评估其对注入同化和渗透的整体影响。结果发现，热尾效应确实会导致增强的同化和较浅的穿透，虽然整体效果取决于确切的注射配置，与缓慢的注射显示可以忽略不计的热尾效应，而快速的单一非粉碎弹丸的情况下，显示激烈的热尾烧蚀增强。对于ITER类SPI参数，总同化没有明显的偏差，但在快速注入速度的情况下，观察到一些偏差的注入穿透。
2022-06-24 physics.plasm-ph
Radiation asymmetry and MHD destabilization during the thermal quench after impurity Shattered Pellet Injection
利用JOREK程序对混合粒子注入（SPI）后的辐射响应和热失稳过程进行了三维非线性MHD数值模拟。$n=0$的全球电流分布收缩和局部螺旋冷却在每个合理的表面所造成的颗粒碎片被发现负责注入后的MHD不稳定。当碎片穿过低阶有理表面时，观察到显著的电流驱动模式生长，导致快速向内传播的随机磁场，最终导致核心温度崩溃。当碎片到达$q=1$或$q=2$表面时，根据精确的$q$分布和模式结构触发热猝灭（TQ）。当注入从一个单一的环形位置，强烈的辐射不对称性被发现之前和期间的TQ作为沿场线和不对称的向外的热通量的非弛豫的杂质密度分布的结果。这种不对称性逐渐放松的过程中的TQ，并完全消除了结束it.Simulation结果表明，上述不对称的辐射行为可以显着减轻注入从环形相对的位置，提供了两个注入器之间的时间延迟短于$1ms$。研究还发现，在多次注入的情况下，磁流体动力学响应对注入的相对定时和注入结构很敏感。
2020-11-25 physics.plasm-ph
Runaway Electron Dynamics in ITER Disruptions with Shattered Pellet Injections
该研究利用 DREAM 系统模拟 ITER 碎丸注入破裂缓解，发现错峰两级注入可改善同化并抑制热尾逃逸电子，但无法使 15 MA DT 等离子体达到可接受电流。
2024-01-25 physics.plasm-ph
Effect of Two-Stage Shattered Pellet Injection on Tokamak Disruptions
托卡马克反应堆中有效的中断缓解系统应限制壁暴露于局部热损失和高电流逃逸电子束的影响，并避免结构上的过度力。我们评估了关于这些方面的两阶段氘氖粉碎弹丸注入ITER类等离子体，使用模拟与梦想框架[M。Hoppe等人（2021）Comp. Phys. Commun. 268，108098]。为了使获得的逃逸电流最小化，找到了最佳的氘注入量范围，该范围对等离子体对莱曼辐射的不透明度敏感，这影响氘的电离度，从而产生雪崩逃逸。的两阶段的注射方案，其中稀释冷却产生的氘之前，由氖引起的辐射热淬火，减少了热尾种子和局部输送的热负荷的墙壁上。然而，在核操作期间，来自活化壁和氚的额外失控种子源使得难以达到可容忍的低失控电流。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Reduced kinetic modelling of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文通过简化动力学建模重现 ASDEX Upgrade 破碎弹丸注入实验的关键趋势，验证了该方法对辐射能量份额、电流猝灭及逃逸电子抑制的预测能力，并揭示了碎裂统计涨落仅在中等氖掺杂时显著影响破裂动力学。
2026-09-25 physics.plasm-ph
Transition from no-ELM response to pellet ELM triggering during pedestal build-up -- insights from extended MHD simulations
颗粒ELM触发是一个完善的方案，用于将两次连续ELM碰撞之间的时间缩短到低于其自然值。可靠的ELM起搏已在几种器械中通过实验证明，可显著提高ELM频率。然而，它也表明，由于所谓的滞后时间，频率不能任意增加。在先前的自然或触发ELM碰撞之后的这段时间内，既不发生自然ELM碰撞，也不可能通过弹丸喷射触发ELM碰撞。在本文中，颗粒ELM触发模拟在两个方面超越了以前的研究。首先，现实ExB和抗磁背景流。第二，在基座建立的不同阶段注入颗粒。这允许在模拟中第一次恢复滞后时间并详细研究它。一系列的非线性扩展MHD模拟进行调查的等离子体动力学在不同的时间点注入过程中的基座建立。实验观察到的滞后时间是定性再现良好。特别是，观察到一个急剧的过渡之间的制度，其中没有ELM可以被触发和制度，弹丸注射导致ELM崩溃。通过颗粒参数和注射时间的变化，详细研究和比较了这两种方案，揭示了非线性动力学的显着差异。当ELM碰撞被触发时，环形模式谱明显更宽，增强了随机性，因此也增强了沿磁场线的热能损失。在偏滤器靶的热通量中，观察到明显的环形不对称。在导致深穿透的高注入速度的情况下，还观察到芯模的激发，如$2/1$新经典撕裂模。
2020-12-24 physics.plasm-ph
Fragmentation Analysis of Cryogenic Pellets for Disruption Mitigation
像ITER这样的核聚变反应堆的寿命和利用率在很大程度上取决于其在中断期间减轻损害的能力。虽然破碎弹丸注入（SPI）被选为ITER的基线减缓方法，弹丸注入参数和由此产生的碎片分布的确切关系尚不清楚。该知识对于优化杂质沉积和中断减轻效率是至关重要的。在这篇论文中，我提出了破碎分析的170 SPI丸，重点是作为正常的冲击速度的函数产生的碎片大小。这些实验是在德国加兴的马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）进行的，使用的是现在安装在ASDEX升级托卡马克上的破碎弹丸注入系统。与理论碎裂模型（Parks，2016年）的比较表明，该模型低估了直径小于0.9 mm的碎片数量。此外，统计参数，如平均碎片大小和碎片大小的标准偏差似乎在实验中呈指数级，在模型中呈线性。此外，我们发现，由圆形破碎几何形状引起的破碎比矩形几何形状的可重复性更低，这可能与未来减缓系统的设计选择有关。
2022-09-02 physics.plasm-ph
Modelling of shattered pellet injection experiments on the ASDEX Upgrade tokamak
针对ASDEX Upgrade托卡马克的破碎弹丸注入实验，用1.5D INDEX代码研究碎片尺寸、速度和成分对材料同化的影响，发现其趋势与实验观测定性一致，为破裂缓解提供参数依据。
2025-02-13 physics.plasm-ph
Modelling of shattered pellet injection experiments on the ASDEX Upgrade tokamak
本文利用INDEX代码对ASDEX Upgrade的碎粒注入进行1.5维参数扫描，揭示碎片尺寸、速度和氘/氖成分对穿透与同化的影响，并与实验趋势相互验证。
2023-12-06 physics.plasm-ph
Microstability analysis of pellet fuelled discharges in MAST
反应堆级等离子体很可能通过弹丸注入来提供燃料。这种技术瞬时扰动的轮廓，驱动的密度分布空心和平坦的边缘温度分布。在颗粒扰动之后，密度和温度分布朝着它们的准稳态形状松弛。微不稳定性影响等离子体约束，并将发挥作用，在确定弹丸燃料等离子体中的配置文件的演变。本文介绍了弹丸燃料H模MAST等离子体的微观稳定性分析。利用MAST汤姆逊散射系统的独特功能以及八个激光器与弹丸注入同步的可能性，我们能够以高的时间和空间分辨率测量弹丸后电子密度和温度分布的演变。这些配置文件，连同使用电荷交换诊断测量的离子温度曲线，被用来产生适合于微稳定性分析的平衡颗粒注射引起的平衡变化。这种分析，使用本地gyrokinetic代码GS 2进行，揭示了微稳定性的性质是非常敏感的密度和温度分布，这也改变碰撞性和β e显着的区域中的快速和大的瞬态漂移最强烈的影响由弹丸烧蚀。
2014-04-10 physics.plasm-ph
Non-linear MHD modelling of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Beihang University（北京航空航天大学）；CEA/IRFM（法国原子能和替代能源委员会/聚变研究部）
本文通过非线性MHD模拟研究了ASDEX升级装置中SPI的失稳缓解效率，分析了不同注入参数对热能损失和杂质吸收的影响。
2025-08-04 physics.plasm-ph
Modeling of carbon pellets disruption mitigation in an NSTX-U plasma
使用M3 D-C1在NSTX-U类等离子体中进行单碳颗粒破坏缓解模拟，以支持电磁颗粒注入概念（EPI）。碳烧蚀模型已在M3 D-C1中实现，并使用可用数据进行了测试。为了估计淬灭等离子体所需的碳量，进行了2D模拟，发现如果完全烧蚀，则$1\,$ mm半径的玻璃质碳丸粒中的含量（~ 3.2x10E20个原子）将是足够的。进行了3D模拟，扫描了颗粒速度和平行热导率，以及不同的注射方向和颗粒概念（固体颗粒和壳颗粒）。的热淬火和其他相关的量，这些参数的灵敏度进行了评估。半径为1 mm的固体颗粒在300 m/s或更高的速度下仅部分烧蚀，因此不能完全淬灭等离子体。为了进一步增强烧蚀，还探索了近似于弹丸阵列和壳弹丸概念。3D场线随机化在淬灭等离子体中心和热通量损失方面都起着重要作用，因此与2D情况相比，降低了减轻等离子体所需的碳量。这项研究是NSTX-U和ITER等其他设备中缓解中断的“预测优先”模拟向前迈出的重要一步。
2021-06-28 physics.plasm-ph
ITER-IA 3D MHD Simulations of Shattered Pellet Injection(SPI) -- D1.3 Code Validation (DIII-D)
本文针对 ITER-IA 破碎弹丸注入（SPI）缓解的热猝灭阶段，使用 NIMROD 代码对 DIII-D 160606@02990ms 等离子体进行了 3D MHD 模拟，并完成了 D1.3 代码验证。
2023-10-19 physics.plasm-ph
Quantitative 3D non-linear simulations of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade using JOREK
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Beihang University（北京航空航天大学）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Institute of Plasma Physics of the CAS（捷克科学院等离子体物理研究所）；CEA/IRFM（法国原子能和替代能源委员会/核聚变研究集成设施）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
利用JOREK对ASDEX升级装置碎屑注入进行定量三维非线性模拟，以优化参数并验证模型预测。
2026-02-13 physics.plasm-ph
Pellet-Size Scaling of Quasi-Steady-State Plasma Performance in Wendelstein 7-X
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Type One Energy
该研究通过分析W7-X 2024-2025年弹丸注入实验，发现弹丸尺寸与准稳态储能正相关，并指出更大弹丸可进一步提升等离子体性能。
2026-09-15 physics.plasm-ph
Simulation of Shattered Pellet Injections with Plasmoid Drifts in ASDEX Upgrade and ITER
本文在 DREAM 中实现烧蚀云漂移半解析模型，验证其对 ASDEX Upgrade SPI 实验的再现能力，并预测 ITER 错时 SPI 破裂缓解中漂移对同化率和 RE 电流的影响。
2025-06-15 physics.plasm-ph
First predictive simulations for deuterium shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
本文首次用JOREK MHD程序模拟了氘碎丸注入ASDEX升级版H模等离子体的过程。在大多数模拟中，电阻率增加一个数量级，以降低计算成本并允许广泛的参数扫描。研究了各种物理参数对MHD活动和热猝灭（TQ）动力学的影响，显示了MHD对烧蚀的影响。在大多数模拟中，TQ在注入后快速获得，典型持续时间为100微秒，在较低电阻率下减慢。虽然在模拟中n=1的磁扰动占主导地位，环形谐波n=10的等离子体核心的随机化和随机运输作出贡献。TQ后的密度分布在几百微秒内保持中空。然而，当通量表面围绕磁轴重新形成时，密度再次变得单调，这表明逃逸电子避免/减轻的有益行为。在注入$10^{21}$原子的情况下，TQ通常是不完整的，并且当碎片到达q=2有理表面时被触发。当注入的原子数量较多时，TQ甚至可以在碎片到达这个表面之前就开始了。对于这里考虑的低场侧注入，在消融区域中观察到向外对流单体的重复形成，从而减少材料同化。负责的是高密度云的压力突然上升，当随机区域进一步膨胀时，从热核心释放热量。在TQ之后，麦克斯韦应力产生了强烈的剪切极向旋转，这有助于重新形成通量面。
2019-12-29 physics.plasm-ph
Neural network predictions of plasma confinement loss in Wendelstein 7-X pellet-fueled discharges
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；SUNY Cortland（纽约州立大学科特兰分校）；MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
本研究开发数据驱动模型，预测W7-X弹丸加料放电中等离子体失去增强约束的剩余时间，模型预测精度达90%以上且评估迅速，可用于优化弹丸注入的实时控制系统。
2026-08-20 physics.plasm-ph
Comparing spontaneous and pellet-triggered ELMs via non-linear extended MHD simulations
将冷冻氘丸注入ELMy H模式等离子体中是用于在边缘局域模（ELM）自然发生之前触发它们的成熟方案。基于ASDEX升级H模等离子体，本文提出了一个扩展的MHD模拟的自发I型ELM和弹丸触发ELM允许详细研究其非线性动力学的比较。特别地，通过在[A. Cathey等人，Nuclear Fusion 60，124007（2020）]。现实ExB和抗磁性背景等离子体流以及时间相关的自举电流的演变过程中包括建立捕捉稳定和不稳定的边缘不稳定性之间的平衡准确。研究了颗粒尺寸和注射次数的影响。的时空结构的模式和由此产生的偏滤器热通量进行了详细比较自发和触发ELMs。我们观察到，过早激发ELMs通过弹丸注入是由螺旋扰动所描述的环形模式数n = 1。根据实验观察，弹丸触发ELMs显示出减少的热能损失和更窄的偏滤器润湿面积相对于自发ELMs。峰值偏滤器能量流率被认为是减少时，ELMs被触发的芯块注入较早期间的基座建设。
2021-02-11 physics.plasm-ph
Integrated full pulse modeling for pellet injection in tokamaks: HPI2 model improvement and validation in WEST
DIFFER – Dutch Institute for Fundamental Energy Research（荷兰基础能源研究所）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；CEA Cadarache, IRFM（法国原子能和替代能源委员会卡达拉舍校区，核聚变研究集成设施）
本文改进了 HPI2 模型，通过自洽的等离子体释放空间步长计算，提高了数值稳定性，并在 WEST 实验中验证了其预测能力，支持其在集成建模中的应用。
2026-07-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The effect of plasmoid drifts on the pellet rocket effect in magnetic confinement fusion plasmas
本文建立半解析模型，综合等离子体参数梯度与等离子体团漂移屏蔽，分析聚变弹丸火箭效应及其对穿透深度的控制机制。
2025-06-11 physics.plasm-ph
ITER-IA 3D MHD Simulations of Shattered Pellet Injection(SPI)- D1.1 Optimization of the SPI model
本报告总结使用 NIMROD 代码对多种 ITER 平衡态进行的轴对称 SPI 参数扫描，涵盖碎片尺寸、速度及注入角等五种情景，为三维 MHD 模拟做准备。
2023-10-19 physics.plasm-ph
Lagrangian particle simulation of hydrogen pellets and SPI into runaway electron beam in ITER
本文利用含时弹丸消融代码模拟ITER中弹丸和SPI碎片进入逃逸电子束的消融过程，量化碰撞电离与横越场输运的影响，并发现消融云渗透深度约为50 cm。
2022-07-20 physics.plasm-ph
Multiple-isotope pellet cycles captured by turbulent transport modelling in the JET tokamak
第一次成功地再现了多同位素等离子体的颗粒循环减少湍流输运建模，在一个综合的模拟框架。未来的核聚变反应堆很可能由低温弹丸注入燃料，由于更高的穿透力和更快的响应时间。准确的颗粒循环建模对于评估燃料效率和燃烧控制至关重要。在最近的JET托卡马克实验中，氘丸与反应堆相关的沉积特性注入到纯氢等离子体。同位素比剖面的测量推断氘穿透时间与能量约束时间相当。该模型成功地再现了等离子体热力学配置文件和快速氘渗透时标。减少湍流模型的预测，在一个负的密度梯度的存在下，以下粒料沉积相比，基因的线性和非线性高保真度建模。在反应堆燃料能力和燃烧控制方面，结果令人鼓舞。
2021-03-16 physics.plasm-ph
Development of a precise size-controllable pellet injector for the detailed studies of ablation phenamena and mechanism
从核聚变等离子体性能的角度来看，在控制密度分布、获得高密度或改善约束以及诊断目的的意义上，在许多环形装置中积极地进行了弹丸注入实验。为了有一个共同的测量弹丸消融，回归研究已作为一个国际合作活动，获得“iPad”（国际弹丸消融数据库）>。然而，这些都是一个经验的缩放，弹丸烧蚀的机制仍然有待研究。根据基于典型弹丸烧蚀模型（e.例如，在一个实施例中，所谓的中性气体屏蔽模型），应当理解，进入等离子体的穿透深度总是对颗粒尺寸非常敏感。如果颗粒尺寸太大，颗粒会穿过等离子体，如果颗粒太小，颗粒会被捕获在等离子体表面。此外，对于特定等离子体，颗粒尺寸的有效或合适范围通常非常窄，并且该范围根据每个等离子体尺寸和等离子体参数而变化很大。因此，弹丸尺寸的精确可控性，特别是连续变量系统的尺寸可控性，将是非常有效的，以进行详细的研究弹丸烧蚀和相关现象。本文介绍了一种新型的颗粒喷射器，它具有颗粒尺寸精确连续控制系统。这具有在极低温度区域生产冷冻颗粒的独特力学和结构。在本研究目前开发的装置中，我们将通过使用特殊的“长度限制杆”将圆柱形颗粒（$Φ$ 1.0 mm）的长度从0.5 mm精确调节到3 mm。12288;　
2004-10-23 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
Plasmoid drift and first wall heat deposition during ITER H-mode dual-SPIs in JOREK simulations
本文利用 JOREK 模拟 ITER H 模式双 SPI 破裂缓解，揭示低氖比例下等离子体团漂移降低缓解效率，并量化第一壁热沉积能量冲击，表明良好同步可显著降低壁面损伤风险。
2024-06-07 physics.plasm-ph
Lagrangian particle model for 3D simulation of pellets and SPI fragments in tokamaks
基于拉格朗日粒子程序[R.萨穆利亚克角王洪- S.陈伟，可压缩流体动力学的拉格朗日粒子法，计算学报。物理、362（2018），1-19]。颗粒代码实现了低磁雷诺数MHD方程，动力学模型的电子加热，颗粒表面烧蚀模型，状态方程，支持多个电离状态，辐射，和一个模型的梯度B漂移的烧蚀材料在整个磁场。拉格朗日粒子算法具有高度的自适应性，能够在三维空间模拟大量碎片，同时消除了处理托卡马克背景等离子体的数值困难。对于球对称烧蚀流，该程序与理论计算结果吻合较好。氖和氘丸在磁场范围从1到6特斯拉的轴对称模拟已与以前的模拟使用FronTier代码进行了比较，也获得了很好的协议。本文的主要物理贡献是详细研究了三维效应，特别是B级漂移对弹丸烧蚀率和烧蚀云性质的影响。与轴对称模拟相比，磁场中的烧蚀率降低较小，因为烧蚀材料在存在梯度B漂移的情况下不限于变窄的通道。还量化了B级漂移模型中各种因素的贡献。
2020-11-26 physics.plasm-ph
Radiated energy fraction of SPI-induced disruptions at ASDEX Upgrade
本研究在ASDEX Upgrade装置中通过200多次放电分析SPI诱导破裂的辐射能量分数，发现弹丸氖含量是主导因素，12.5°矩形破碎头碎片可提高$f_{rad}$，并确定了$D_2$弹丸破裂阈值及混合弹丸$f_{rad}$饱和特性，为ITER破裂缓解提供支持。
2025-04-16 physics.plasm-ph
Scale Down Experiments for a Stellarator type Magnetostatic Storage Ring
在法兰克福大学提出的低能离子储存环的框架内，在EPAC 08 [1]中首次描述了环形磁体中的束流传输实验。为了设计出纵向闭合磁场水平达6-8 T的蓄能环，需要进行两个室温30 °环的实验。该试验装置的目的是开发一个环形喷射系统。用于实验的初级束线已于2009年安装并成功投入使用。安装了用于离子束检测的特殊探针。这种模块化的技术允许在线诊断的离子束沿束path. In本文中，我们提出了新的结果束传输实验和讨论该系统的传输和横向束注入性能。
2016-06-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Validating neutral-beam current drive simulations in the TJ-II stellarator
本文通过分析TJ-II stellarator中的中性束电流驱动实验，利用ASCOT代码模拟快离子电流并解析计算电子响应，验证了理论模型，发现NBI2结果吻合良好而NBI1电流低于预测。
2023-04-13 physics.plasm-ph
Radial electric field and density fluctuations measured by Doppler reflectometry during the post-pellet enhanced confinement phase in W7-X
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究通过多普勒反射仪测量了W7-X装置后弹丸增强约束相中的等离子体径向电场和密度波动，发现径向电场凹陷与等离子体参数相关，并通过模拟揭示了等离子体剖面演变和径向电场对湍流稳定的作用。
2025-12-17 physics.plasm-ph
Enhancement of Mid-/High-Z Impurity Transport by Continuous Li-granule Dropping in a Stellarator Plasma
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（国家聚变实验室，CIEMAT）；Max-Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Science（国立研究开发法人自然科学研究机构 国立融合科学研究所）；The Graduate University of Advanced Studies, SOKENDAI（综合研究大学院大学，SOKENDAI）；Interdisciplinary Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu University（九州大学理工学研究院）；Department of Electrical Engineering, Royal Institute of Technology（皇家理工学院电气工程系）；National Institutes for Quantum Science and Technology, Naka Institute for Fusion Science and Technology（国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构 那珂融合科学与技术研究所以）
研究发现持续锂颗粒滴落可增强中高Z杂质输运，通过实验和模拟揭示经典输运机制在杂质输运中的作用。
2026-02-10 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
Experimental confirmation of efficient island divertor operation and successful neoclassical transport optimization in Wendelstein 7-X
我们介绍了世界上最先进的仿星器Wendelstein 7-X最近运行阶段的最新亮点。具有良好的颗粒排出、低杂质含量和超过100 ms的能量约束时间的稳定分离已经维持了数十秒。丸粒加燃料允许具有减少的ITG湍流的等离子体阶段，并且在这样的阶段期间，整体约束是如此良好（能量约束时间通常超过200 ms），使得在不太优化的设备中不可能获得密度和温度分布，因为它们将具有超过W7-X中施加的加热的新古典传输损耗。这证明了通过磁场优化减少新经典输运是成功的。W7-X等离子体通常表现出良好的杂质屏蔽和高等离子体纯度，但有证据表明，在抑制双折射阶段，杂质限制时间较长。
2021-06-01 physics.plasm-ph
Numerical model for pellet rocket acceleration in PELOTON
Stony Brook University（石溪大学）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究与磁约束物理研究所）
本文提出了一种用于PELOTON中颗粒火箭加速的数值模型，通过实验验证了该模型，并展示了等离子体状态梯度和云层重叠对火箭加速的影响。
2026-02-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Observation of oscillatory radial electric field relaxation in a helical plasma
测量了非轴对称磁约束等离子体中带状静电势扰动的弛豫。在TJ-II仿星器中注入低温氢丸引起等离子体平衡的突然扰动，观察到静电势的阻尼振荡。弛豫的波形与非轴对称磁几何中带状势弛豫的理论计算一致。磁约束结构的湍流输运特性取决于纬向流的无碰撞阻尼特性，本文是首次直接观察到这一特性。
2016-09-01 physics.plasm-ph
Model-based electron density profile estimation and control, applied to ITER
在当代的磁约束装置中，密度分布用干涉仪感测并且用反馈控制的气体注入和开环颗粒注入来致动。这与ITER和DEMO的密度控制不同，后者将主要依赖于作为反馈控制中的致动器的弹丸注入。本文介绍了最近的发展，状态估计和控制的电子密度分布的ITER使用相关的传感器和执行器。作为第一步，汤姆逊散射包括在现有的动态状态观测器。其次，模型预测控制被开发为一种策略，以调节密度分布，同时避免与总密度（格林沃尔德极限）或密度分布梯度（例如，新古典杂质传输）相关联的限制。仿真结果表明，高质量的密度分布估计可以实现与汤姆逊散射和控制器是能够调节所需的分布。
2021-10-28 cs.SY eess.SY physics.plasm-ph
Evaluation of spatiotemporal tungsten density profiles using Unresolved Transition Arrays in the Large Helical Device
Tohoku University（东北大学）；National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Sciences（国立研究開発法人 国立融合科学研究所）；Graduate Institute for Advanced Studies, SOKENDAI（综合研究大学院大学）；Interdisciplinary Graduate School of Engineering and Sciences, Kyushu University（九州大学）；Institute of Space and Plasma Sciences, National Cheng Kung University（国立成功大学空间与等离子体科学研究所）；Institute of Liberal Arts and Sciences, University of Toyama（富山大学人文社会科学部）；Naka Institute for Fusion Science and Technology, National Institutes for Quantum Science and Technology（国立研究開発法人 量子科学技術研究機構 那珂融合科学技術研究所）
通过弹丸注入技术在LHD中研究钨光谱，利用空间分辨光谱仪和Slice & Stack方法重建191.7 Å谱线发射率，结合碰撞辐射模型得到钨密度，并分析其扩散与积累行为。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Evolution of SPI-induced disruptions in ASDEX Upgrade
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Institute of Plasma Physics of the CAS（捷克科学院等离子体物理研究所）；Institute for Applied Physics（应用物理研究所）
本文研究SPI技术在ASDEX Upgrade装置中诱导的破坏过程，分析不同参数对破坏演化的影响，探讨破坏阶段的特征及缓解效率的评估方法。
2026-07-09 physics.plasm-ph
Validating the ASCOT modelling of NBI fast ions in Wendelstein 7-X stellarator
Wendelstein 7-X的第一个快离子实验于2018年进行。它们是演示仿星器优化快速离子约束的第一步。快离子产生与中性束注入（NBI）系统和检测与红外相机（IR），快速离子损失检测器（FILD），快速离子电荷交换光谱（FIDA），和事后分析等离子体面临的组件。在等离子体和在壁的快离子分布函数正在建模与ASCOT套件的代码。他们计算了注入的中性粒子的电离和快离子的连续减速过程。该程序的主要输出是等离子体中的多维快离子分布函数和粒子在壁面上的碰撞位置和速度分布。ASCOT输出的基础上合成测量进行比较，实验结果，以评估建模的有效性。本文概述了2018年的各种快离子测量和当前的建模状态。验证和数据分析正在进行中，但壁载荷IR建模已经产生与实验相匹配的结果。
2019-09-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
In-situ coating of silicon-rich films on tokamak plasma-facing components with real-time Si material injection
本研究在DIII-D托卡马克中通过杂质颗粒注入器注入硅弹丸，验证了实时材料注入可在偏滤器面向等离子体部件上原位形成富硅涂层，为长脉冲反应堆的PFC涂层实时补充提供了可行技术路径。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Validating fast-ion wall-load IR analysis-methods against W7-X NBI empty-torus experiment
2018年夏天，在Wendelstein 7-X（W7-X）仿星器中进行了第一次中性束注入（NBI）实验。NBI系统用于通过中和加速的氢离子束并将其引导到等离子体中来加热磁约束等离子体，在等离子体中产生的高能离子释放其能量以加热等离子体。NBI快离子实验的建模工作已经开始，包括对穿透和轨道损失的估计。仿星器有一个广角红外（IR）成像系统，以监测机器等离子体面对组件表面温度。本工作验证了NBI模型“基于Beamlet的NBI（BBNBI）”和新编写的合成红外相机模型。验证是通过比较测量和合成的红外相机测量的实验中，NBI注入到真空容器中没有等离子体。一个很好的定性和定量的匹配被发现。这种协议进一步支持的光谱和校准测量的NBI和红外相机系统。
2019-06-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph
On the Relationship Between Plasma and Tritium Fuel Cycle Through Matter Injection and Particle Exhaust
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Gauss Fusion GmbH（高斯聚变有限公司）
本文发现等离子体运行场景与氚燃料循环要求之间存在不一致，通过扩展燃料注入率数据库，表明注入量远超芯部加料，并评估了缓解策略，强调反应堆设计需联合优化芯部等离子体、边缘等离子体和氚燃料循环。
2026-06-29 physics.plasm-ph
The JOREK non-linear extended MHD code and applications to large-scale instabilities and their control in magnetically confined fusion plasmas
JOREK是一个大规模并行的全隐式非线性扩展MHD程序，用于真实的托卡马克X点等离子体。它已成为国际上广泛使用的研究大尺度等离子体不稳定性及其控制的通用程序。本文给出了一个全面的概述实现的物理模型，数值方法应用于求解方程和物理研究与代码。一个专门的部分强调了为代码所做的一些验证工作。不同的物理模型的层次结构是可用的，包括一个自由边界和电阻壁扩展和混合动力学流体模型。该代码允许通量表面对齐等参有限元网格在单和双X点等离子体，可以扩展到真正的物理壁，并使用一个强大的全隐式时间步进。特别关注的是奠定了等离子体边缘和刮削层（SOL）的物理以及中断相关的现象。在JOREK获得的关于等离子体边缘和SOL的关键结果中，对边缘局域模（ELMs）、ELM周期和ELM控制的动态有了深刻的了解，这些动态是通过共振磁扰动、弹丸注入以及垂直磁反冲实现的。此外ELM自由制度，脱离物理，在ELM过程中的杂质的产生和运输，以及在基座区域的静电湍流进行了研究。关于中断，重点是由大量气体注入（MGI）和破碎弹丸注入（SPI），逃逸电子（RE）动力学以及RE与MHD模式的相互作用，和垂直位移事件（VDES）的热淬火和电流淬火触发的动力学。此外，种子和撕裂模式（TM）的抑制，自然发生的热猝灭的动力学锁定模式触发，和辐射崩溃正在研究中。
2021-04-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Asymptotic scaling theory of electrostatic turbulent transport in magnetised fusion plasmas
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Maryland（马里兰大学）；University of Oxford（牛津大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics（电子与应用物理研究所）；United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Otago（奥塔哥大学）
本文提出了一种统一ETG和ITG湍流的渐近标度理论，揭示了热流与温度梯度的标度关系，为快速输运模型提供了物理基础。
2026-08-14 physics.plasm-ph
