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
Variational Principles and Applications of Local Topological Constants of Motion for Non-Barotropic Magnetohydrodynamics
磁流体力学（MHD）的变分原理已被前人以拉格朗日和欧拉形式引入。本文介绍了较简单的欧拉变分原理，由它可以导出某些场拓扑的非正压MHD的所有有关方程。本文给出了非定常非正压气流的五个独立函数的变分原理。这比正压MHD的标准方程中出现的八个变量少，它们是磁场$\vec B$、速度场$\vec v$、熵$s$和密度$ρ$。对于内能是熵和密度的函数的非正压MHD情况，以往的工作只考虑简单的正压情况，而没有讨论。了解熵和温度的变化规律对磁流体力学的变分分析具有重要意义。因此，我们引入了一个非正压MHD的变分原理，并表明五个函数将足以描述这个物理系统。我们还将讨论上述分析对拓扑常数的影响。它将被证明，而交叉螺旋度是不保守的非正压MHD这个量的一个变量。这对非正压MHD稳定性的影响进行了讨论。
2017-03-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
En route to realistic modeling of the kinetic-MHD interaction between macroscopic modes and fast particles induced by neutral beam injection in tokamaks
在动力学-磁流体动力学混合程序XTOR-K中实现了托卡马克中性束注入（NBI）产生快离子源的新模型。这个源，结合最近实施的碰撞，允许模拟现实的减速人口及其与宏观模式的相互作用。本文介绍了中性束注入和电离模型，旨在再现实验配置和验证的ASDEX升级托卡马克的一个典型放电。在ASDEX升级中NBI诱导的快粒子与扭结模式的相互作用的应用表明，通过粒子和n = 1模式之间的共振。这种共振部分地稳定了扭结模式，并诱导了快速粒子的径向传输。在ITER的圆形几何形状的初步结果表明，NBI引起的环形扭矩，但对扭结模式动力学的影响不大。
2020-02-06 physics.plasm-ph
Trapped Particle Stability for the Kinetic Stabilizer
一个动力学稳定的轴对称串联镜（KSTM）使用的动量通量的低能量，无约束的粒子，样品只有外端区域的镜插头，其中存在大的有利的场线曲率。确定了实现MHD稳定性的操作窗口，并从动力稳定器中获得可容忍的能量消耗。然后分析了MHD稳定系统中俘获粒子模的稳定性。这种模式的特点是从动力学稳定区的中央细胞等离子体的分离，而不诱导场线弯曲。捕获粒子模的稳定性对稳定器和端塞之间的电子连接敏感。研究发现，被困粒子模式的稳定性条件比MHD模式的稳定性条件更具约束性，并且满足所需的功率约束是具有挑战性的。此外，由于动力稳定器中的低能电子与中心区域的必要连接，可能会产生严重的功率消耗。
2011-03-07 physics.plasm-ph
Orbit-averaging and deposition accuracy for runaway electron beams in hybrid kinetic-MHD simulations of the runaway plateau
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文耦合KORC与NIMROD模拟破裂后平台期逃逸电子，通过可靠坐标映射、网格沉积验证和轨道平均降低统计噪声，为自洽KORC-NIMROD耦合奠定基础。
2025-05-14 physics.plasm-ph
As a matter of tension -- kinetic energy spectra in MHD turbulence
磁化湍流普遍存在于许多天体物理和地球系统中，但即使是最简单的形式，磁流体力学（MHD），也没有完整的，无可争议的理论。许多理论和现象学都集中在联合（动能和磁场）的能量通量和光谱。我们强调的重要性，分别处理动能和磁能阐明MHD湍流动力学。我们进行了一个隐式大涡模拟亚音速，超Alfvénic MHD湍流和分析的尺度随时间的能量转移。我们的关键发现是，动能谱开发的缩放约$k^{-4/3}$在固定制度的动能级联被抑制的磁张力。这促使重新评估现有的MHD湍流理论的能量通量的一个更有区别的建模。
2020-09-07 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Thermal ion kinetic effects and Landau damping in fishbone modes
等离子体宏观不稳定性的动力学-MHD混合模拟方法可以扩展到包括热离子和高能离子的动力学效应。新的耦合方案除了压力耦合外，还包括热离子和MHD之间的密度和平行速度的同步，以保证准中性条件并避免数值误差。新方法已在动力学MHD程序M3 D-C1-K中实现，并用于研究DIII-D和NSTX中鱼骨模式下的热离子动力学效应和朗道阻尼。结果表明，热离子动力学效应可以使$q_\mathrm{min}>1$的非共振$n=1$鱼骨模的频率增加，Landau阻尼可以提供额外的稳定效应.对NSTX中的$n=1$鱼骨模进行了非线性模拟，计算了磁通量表面的扰动和高能粒子的输运。
2022-06-08 physics.plasm-ph
Effect of kinetic resonances on the stability of Resistive Wall Mode in Reversed Field Pinch
采用非微扰MHD-动力学混合公式，数值研究了反向场箍缩（RFP）等离子体中热粒子漂移运动引起的模共振对阻壁模稳定性的影响.动力学效应通常被发现太弱，实质上改变模式的增长率，或稳定裕度，加强的事实，理想的MHD模型是相当足够的描述RWM物理RFP实验。
2011-04-11 physics.plasm-ph
Entropic Force in MHD, MHD turbulence, and the Entropy-Kinetic Equation
本文研究源于空间无序的排斥性熵力，将其应用于磁流体动力学，发现其显著影响湍流谱斜率（与回旋动理学模拟一致），并基于吉布斯-玻尔兹曼熵将刘维尔方程重构为熵-动理学方程，以描述经典熵的自洽演化。
2023-05-14 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph physics.space-ph
Hybrid kinetic-MHD simulation on the formation of runaway electron current plateau during a current quench process
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文开发耦合NIMROD代码三维非线性扩展MHD模型的全粒子PIC模型，模拟电流猝灭中逃逸电子电流平台形成，揭示高度相对论性逃逸电子的梯度-B与曲率漂移对其产生和运动的显著作用。
2026-08-18 physics.plasm-ph
Hamiltonian kinetic-Hall Magnetohydrodynamics with fluid and kinetic ions in the current and pressure coupling schemes
我们提出了两个广义的混合动力学霍尔磁流体动力学（MHD）模型描述的双流体体等离子体的相互作用，其中包括热离子和电子，与充满活力的，超热离子种群所描述的弗拉索夫动力学。的热组件的动态由标准的流体方程在霍尔MHD限制与电子动量方程提供了一个欧姆定律与霍尔和电子压力项涉及的回旋电子压力张量。通过电流密度（电流耦合方案; CCS）和离子压力张量出现在动量方程（压力耦合方案; PCS）中的第一和第二个模型，分别完成的散装，低能等离子体与高能粒子动力学的耦合。CCS是两个著名的模型的推广，因为在消失的能量和热离子密度的限制，我们恢复标准霍尔MHD和混合动力学离子/流体电子模型，分别。这使我们有能力以连续的方式研究高能粒子在从消失到占主导地位的高能粒子密度范围内的全球影响。CCS和PCS的非正则哈密顿结构，可以利用能量-Casimir变分原理研究平衡和稳定性性质，确定。作为这里的第一个应用程序，我们推导出一个广义霍尔MHD Grad-Shafranov-伯努利系统的各向异性的电子压力和动力学效应，由于高能粒子的存在下，使用PCS的对称平衡。
2021-11-10 physics.plasm-ph
Implementation of synthetic fast-ion loss detector and imaging heavy ion beam probe diagnostics in the 3D hybrid kinetic-MHD code MEGA
合成的快离子损失探测器（FILD）和成像重离子束探针（i-HIBP）已经在三维混合动力学-磁流体动力学程序MEGA中实现。利用MEGA模拟了中性束注入（NBI）驱动的阿尔文本征模（AE），首次获得了这两种诊断的综合测量结果。合成快离子损失与AE幅度有很强的相关性。这种相关性是在相空间中观察到的，用坐标环正则动量和能量表示。快离子损失和受限粒子数的能量交换图与常数E'（E和P的线性组合）的线相连。第一个i-HIBP合成信号也已计算出模拟AE，显示出约1 mm量级的走向线位移，高于i-HIBP闪烁体中约100 μm的预期分辨率。
2022-03-23 physics.plasm-ph
Hybrid Kinetic-MHD Simulations of Drift-Orbit Effects on the Stability and Non-Linear Dynamics of Runaway Electron Beams
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究采用JOREK代码的混合模型，探究逃逸电子束的有限轨道宽度效应，发现其对撕裂模的稳定作用主导额外模式耦合，可显著改变逃逸电子束的磁流体动力学稳定性与非线性动力学。
2026-08-04 physics.plasm-ph
Extended hybrid kinetic-magnetohydrodynamic model for ignited burning plasmas
简要回顾了现有的燃烧等离子体中α粒子物理的动力学-磁流体动力学（MHD）混合模型，指出压力耦合方案和电流耦合方案仅在α粒子密度远低于背景离子和电子的特定动力学区域是等价的。本文提出了一个多流体模型，它能较好地描述同时存在高能α粒子和氦灰粒子的燃烧等离子体的动力学状态。在MHD极限下，将动力学-多流体模型进一步简化为扩展的混合动力学-MHD模型。这一简化过程表明，现有的压力耦合方案是更广泛的比电流耦合方案和足够的范围广泛的动力学制度。该分析进一步表明，由于系统中大量α粒子的贡献，模型方程主要是广义欧姆定律发生了显著变化。这些模型可用于研究点火燃烧等离子体和空间等离子体中α粒子的碰撞。
2019-11-05 physics.plasm-ph
Efficient kinetic Lattice Boltzmann simulation of three-dimensional Hall-MHD Turbulence
本文开发耦合两种动力学格式的 FLAME Lattice Boltzmann 代码，用于高分辨率三维 Hall-MHD 湍流模拟，并通过解析解和 GHOST 验证其稳定性、二阶精度及谱特性。
2023-08-07 physics.plasm-ph
A Variational Formulation of the MHD Induction Equation
本文基于高斯最小约束原理提出MHD感应方程的变分表述，揭示磁螺旋度梯度作为维持磁场无散性的约束力，建立磁螺旋度与压力、磁场与速度的结构类比，并关联Woltjer定理与Taylor弛豫。
2026-09-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kinetic Simulations of Strongly-Magnetized Parallel Shocks: Deviations from MHD Jump Conditions
激波是天体物理等离子体系统中普遍存在的一种现象，也是能量耗散和传递的重要过程。这些冲击波的物理经常被视为/模拟为碰撞，流体MHD不连续性，尽管事实上，许多冲击发生在无碰撞制度。有鉴于此，使用完全动力学，非相对论，平行传播的电子-正电子等离子体组成的无碰撞冲击的三维模拟，我们详细的偏差无碰撞冲击形式MHD预测不同的磁化/Alfvénic马赫数，特别关注系统的Alfénic马赫数远小于声波马赫数。我们表明，冲击压缩比降低足够大的上游磁场，与Bret & Narayan（2018）的预测一致。此外，我们还研究了磁场强度对冲击波阵面宽度的影响。这项工作加强了越来越多的工作，这些工作表明，仅用流体等离子体描述来建模许多天体物理系统忽略了潜在的重要物理。
2021-10-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Decoupling of the Kinetic and Magnetic Energy Cascades in MHD Turbulence
在理想的不可压缩MHD中，磁能和动能不是整体不变量，因此，只讨论它们的总和，即总能量的级联是合理的。我们提供了一个物理参数的基础上的规模本地化的级联，以及令人信服的证据表明，在高雷诺数，磁和动能预算统计解耦超出过渡“转换”范围。这是因为磁场线拉伸是一个大尺度过程，在惯性感应范围内的中等和小尺度上平均消失，从而允许平均动能和磁能中的每一个保守地以相等的速率级联。一个结果是，湍流磁普朗特数是统一的“解耦范围”的尺度。
2019-02-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent spectra and spectral kinks in the transition range from MHD to kinetic Alfvén turbulence
本文首次在MHD/动力学湍流转捩的背景下，对动力学Alfvén湍流的弱色散子区（WDR）进行了区分和研究。在WDR中发现了动力学Alfvén波（KAWs）的强湍流和弱湍流分别形成的垂直波数谱~ k^{-3}和~ k^{-4}。这些陡峭的WDR光谱连接在MHD和强色散KAW子范围内的较浅的光谱，这导致在观察到的湍流光谱中经常看到的特定的双扭结（2-k）图案。第一个弯折发生在MHD湍流转变为弱色散KAW湍流的地方，第二个弯折发生在弱色散和强色散KAW子区之间。我们的分析表明，部分湍流耗散由于振幅依赖的超绝热离子加热可能发生在附近的第一个光谱扭结。这个过程的类阈值性质导致有条件的选择性耗散，仅影响最大的超阈值振幅，并在低于第一光谱扭结的范围内降低不稳定性。最近的几个反直觉的观测结果可以解释的选择性耗散耦合到弱色散KAWs之间的非线性相互作用。
2011-05-10 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy-Casimir stability of hybrid Vlasov-MHD models
混合动力学流体模型的不同变种被认为是描述遵守MHD和一个充满活力的组件遵守动力学理论的大体积流体等离子体的相互作用。利用Vlasov动力学理论，比较了两种平面Vlasov-MHD模型的稳定性。这是可能的汉密尔顿结构所考虑的混合动力系统，其无限数量的不变量，使能量卡西米尔方法有效地确定稳定性。从变分原理，特别是广义混合Grad-Shafranov方程如下所考虑的模型之一的平衡方程。的稳定性条件，然后推导和讨论，特别强调动力学粒子对经典MHD稳定性的影响。
2014-10-07 math-ph math.MP nlin.CD
Perturbative variational formulation of the Vlasov-Maxwell equations
在微扰分析中，给出了Vlasov-麦克斯韦方程组的三阶微扰变分形式。分别从二阶和三阶拉格朗日密度出发，将一阶和二阶Vlasov-麦克斯韦方程组表示为规范不变和规范无关的形式。在导出线性非绝热旋动力学Vlasov-麦克斯韦方程组的约化二阶Vlasov-Maxwell拉格朗日量的基础上，导出了线性漂移波方程和线性混合动力学-磁流体动力学（MHD）方程的约化拉格朗日密度，并用Noether方法得到了相应的波作用守恒律.给出了线性混合动力学-MHD方程的精确波作用量守恒定律。推导出了三阶弗拉索夫-麦克斯韦拉格朗日量的新形式，其中有质动力效应起着至关重要的作用。
2018-11-02 physics.plasm-ph
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Novel Kinetic 3D MHD Algorithm for High Performance Parallel Computing Systems
在气体动力学问题求解中的动力学方法取得了令人印象深刻的进展，并为现代高性能并行计算系统开发了有效的并行算法，这导致了在等离子体物理这一重要领域中磁流体力学问题求解的先进方法的发展。该方法的新特点是制定复杂的玻尔兹曼分布函数的动力学方法与实施电磁相互作用条款。数值方法是基于显式格式。由于其逻辑简单和效率，该算法很容易适应现代高性能并行计算机系统，包括混合计算系统与图形处理器。
2013-05-03 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Noether Currents for Eulerian Variational Principles in Non Barotropic Magnetohydrodynamics and Topological Conservations Laws
本文从理想非正压磁流体力学的欧拉变分原理出发，导出了一个Noether流。以前的研究表明，理想的非正压MHD在磁力线覆盖表面的情况下，在数学上等价于具有诱导几何结构的五函数场论，该理论可用变分原理描述。在这里，我们使用各种对称性的流动推导出拓扑常数的运动，通过推导出的诺特电流，并讨论其含义为非正压MHD。
2020-05-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Axisymmetric gravitational MHD equilibria in the presence of plasma rotation
在本文中，扩展了早期论文（Cremaschini等人，2008），我们提出的问题的动力学描述的引力霍尔-MHD平衡，可能会出现在吸积盘（AD）等离子体接近紧凑的对象。当中心物体产生强烈的电磁场和引力场时，可以在弗拉索夫-麦克斯韦描述的上下文中实现一个方便的方法。本文的研究主要集中在以下两个方面：1）G-Hall-MHD平衡的动力学处理公式。基于相关的第一运动积分的识别，我们表明，一个明确的表示可以给出平衡动力学分布函数。对于每个物种，这是表示为一个合适的广义麦克斯韦分布的叠加; 2）的动力学平衡的存在，以放置在流体场的约束的确定。特别是，这允许根据适当规定的通量函数来唯一确定物种数密度和流体分压的函数形式。
2008-06-30 astro-ph physics.plasm-ph
Kinetic inhibition of MHD-shocks in the vicinity of a parallel magnetic field
根据磁流体力学（MHD）理论，两个高速碰撞的磁化等离子体相遇时会产生激波。迄今为止进行的研究发现，在无碰撞等离子体的情况下，同样的结论仍然成立。对于流向场的情况，MHD规定场和流体是不连通的，因此产生的激波与场无关。当考虑两个冷对等离子体沿流动取向的磁场相遇时，我们提出了一个违反MHD预言的情况。随着引导磁场的增长，各向同性逐渐被抑制，导致场对所得结构的强烈影响。微观物理分析可以理解工作机制。粒子模拟也支持我们的结论，并表明结果并不局限于一个严格的平行领域。
2017-05-12 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Linear stability of the ITER 15 MA scenario against the alpha fishbone
利用非线性混合动力学-磁流体动力学程序XTOR-K对ITER 15 MA基线方案\cite{ITERB}上的$n=m=1$ α-鱼骨形动力学-磁流体动力学模式的稳定性进行了分析。在\cite{Brochard2018}和XTOR-K的线性模拟中用线性模型计算的复频率$ω+ iγ$之间发现定量一致性。线性模型和XTOR-K模型在相空间中的进动共振位置相同。用XTOR-K对ITER 15 MA方案进行的线性混合模拟表明，这种配置可能对alpha鱼骨模式不稳定。具有平坦q剖面且轴上安全系数略低于1的动力学-MHD平衡的鱼骨阈值介于$β_{α,thres}/β_{tot} = 6-10\%$之间，而ITER上预期的β比为$β_α/β_{tot} = 15-20\%$ \cite{ITERB}。
2020-02-06 physics.plasm-ph
On Kinetic Slow Modes, Fluid Slow Modes, and Pressure-balanced Structures in the Solar Wind
对太阳风的观测表明，惯性范围内太阳风湍流的压缩分量主要由慢模式控制。太阳风的低碰撞性允许非热特征存活，这表明需要动力学等离子体描述。最小阻尼的动力学慢模式与离子声（IA）波和非传播（NP）模式。我们推导出解析表达式的IA-波的色散关系在各向异性等离子体的框架中的gyrokinetics，然后比较它们的全动力学的数值计算，从双流体理论，和MHD的结果。这种比较表明，在中等到高$β$下，MHD和动力学理论预测的波相速度存在重大差异。磁流体力学和动力学理论还规定，所有的等离子体正常模式表现出独特的签名方面的极化。我们量化的相对振幅的波动在三个最低的粒子速度的时刻与IA和NP模式的gyrokinetic限制，并比较这些预测与MHD的结果和太阳风湍流的原位观测。波偏振的观测结果和我们的MHD预测之间的一致性好于动力学预测，这表明等离子体的行为比预期的更像太阳风中的流体。
2017-05-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Gas Kinetic Schemes for Solving the Magnetohydrodynamic Equations with Pressure Anisotropy
本文针对压力各向异性磁流体动力学方程，提出一种基于各向异性速度分布函数的气体动理学通量格式，适用于有限体积求解器，并通过线性和非线性MHD测试验证了其稳健性与有效性。
2023-02-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Influences of $δ$B Contribution and Parallel Inertial Term of Energetic Particles on MHD-Kinetic Hybrid Simulations: A Case Study of the 1/1 Internal Kink Mode
本文针对 MHD-动理学混合模拟中常被忽略的 EP 平行惯性项与 $δ\mathbf{B}$ 贡献，推导两种耦合方案并利用 CLT-K 模拟 1/1 IKM，揭示其在各向异性分布下的关键作用及两方案等价性。
2024-12-03 physics.plasm-ph
Hybrid simulations of FRC merging and compression
本文采用流体电子与全轨道动力学离子的二维混合模拟研究FRC合并与压缩，并与HYM代码的MHD结果对比，揭示初始参数影响及磁镜场促进完全合并的作用。
2025-01-06 physics.plasm-ph
Hybrid Vlasov-MHD models: Hamiltonian vs. non-Hamiltonian
本文研究混合动力学MHD模型，其中热等离子体（由动力学理论支配）与流体体（由MHD支配）相互作用。不同的非线性耦合方案进行了审查，包括压力耦合方案（PCS）中使用的现代混合模拟。后一种方案的缺点是非哈密尔顿的，并且不能精确地保存总能量。在采用热分量的弗拉索夫描述，非哈密顿PCS和哈密顿变量进行了比较。特别强调的是阿尔文波的线性稳定性，它表明，一个虚假的不稳定性出现在高频率的非哈密顿版本。这种不稳定性在哈密顿版本中被删除。
2014-06-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear interactions between kinetic Alfvén and ion-sound waves
利用Hall-MHD理论研究了动力学Alfvén波与离子声波的共振相互作用。本文将前人的结果推广到既包括有限Larmor半径又包括理想MHD结果。发现当波长与离子-声回旋半径相当时，三波耦合最强。我们的工作弱湍流理论的应用，以及太阳日冕的加热指出。
2006-04-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Action Principles for Extended MHD Models
等离子体物理中的一般非耗散双流体模型是哈密顿的，但是在从双流体运动方程导出简化（或简化）的双流体或单流体模型的过程中，这种性质有时会丢失或模糊。为了确保简化模型是哈密顿的，我们从一般的双流体作用泛函开始，并直接在作用上下文中进行所有近似，变量的变化和展开。由此产生的方程，然后映射到欧拉流体变量使用一种新的非局部拉格朗日-欧拉映射。使用这种方法，我们恢复Lüst的一般双流体模型，扩展MHD，霍尔MHD，和电子MHD从一个统一的框架。变分公式使我们能够使用诺特定理来推导出每个对称性的作用守恒量。
2014-07-15 physics.plasm-ph
The impact of kinetic effects on the properties of relativistic electron-positron shocks
我们评估的非热冲击加速粒子的磁流体动力学（MHD）相对论冲击跳跃条件的影响。绝热常数直接从第一原理粒子模拟数据计算，使半动力学方法，以改善标准流体模型，并允许识别的关键参数，定义的冲击结构。我们发现，不断变化的上游参数有一个更强的影响比由于非热粒子的修正。我们发现，上游散装速度的减少产生的偏差从标准的MHD模型高达10%。此外，我们得到了一个定量定义的冲击过渡区从我们的分析。对于韦伯介导的冲击，包括一个磁场中的MHD守恒方程的解决第一次。
2012-10-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Analytic Hall Magnetohydrodynamics toroidal equilibria via the energy-Casimir variational principle
本文基于能量-Casimir变分原理推导了霍尔磁流体动力学轴对称等离子体平衡方程，获得Grad-Shafranov-Bernoulli型方程组的两族解析解，并证实了离子速度面与磁面的分离有利于等离子体约束。
2023-07-29 physics.plasm-ph
Imbalanced kinetic Alfvén wave turbulence: from weak turbulence theory to nonlinear diffusion models for the strong regime
本文采用保留离子有限Larmor半径修正、平行磁场涨落和电子惯性的动力学Alfvén波的双场哈密顿陀螺流体模型，研究了从MHD到亚离子尺度的湍流级联。特别注意的情况下，沿或相反的环境磁场传播的波之间的不平衡。对于弱湍流在电子惯性的情况下，动力学方程的保守量（总能量和广义交叉螺旋）的谱密度。他们提供了一个全球性的描述，在大尺度上减少MHD和电子减少MHD在小尺度上，以前在文献中考虑的制度之间的匹配。在超局域相互作用的限制下，导出了Fourier空间中的Leith型非线性扩散方程，并通过适当修改传输时间，将其推广到强湍流区。讨论了非平衡磁流体力学和平衡亚离子湍流与现有唯象模型的关系。事实证明，在色散效应的存在下，动力学对湍流保持稳定状态的方式很敏感。此外，在亚离子尺度下的总能量谱变得陡峭的广义交叉螺旋通量的增加。
2019-02-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nature of the MHD and kinetic scale turbulence in the magnetosheath of Saturn: Cassini observations
利用卡西尼号航天器的现场测量研究了土星磁鞘中的低频湍流。重点放在频率范围$\sim[10^{-4}, 1]$ Hz计算的磁能谱。本文分析了磁鞘中42个时间段，并报道了与已知的太阳风湍流特征相对照的三个主要结果：1）磁能谱在MHD尺度下表现出$\sim f^{-1}$标度，随后在亚离子尺度下表现出$\sim f^{-2.6}$标度，但没有形成所谓的惯性区; 2）磁压缩性以及磁场平行分量与密度涨落$ C(δn,δB_{||}) $之间的互相关表明可压缩磁声慢波占主导地位。在MHD尺度下的类似模式，而不是Alfvén模式; 3）高阶统计揭示了一个单分形（resp.多重分形）行为的湍流下游的准垂直（分别）。准平行）冲击在亚离子尺度。讨论了这些结果对空间等离子体湍流理论模拟的意义。
2016-11-24 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Hamiltonian and action formalisms for two-dimensional gyroviscous MHD
通过推广Hamilton力学原理，给出了构造连续介质模型作用量原理的一般步骤。通过这一过程，建立了旋粘磁流体动力学（MHD）模型的作用原理。该模型被证明是同意与简化版本的Braginskii的流体方程。该结构揭示了gyromap的起源，gyromap是一种用于推导以前的gyrofluid模型的设备。此外，一个系统的减少过程中获得的非正则泊松括号的哈密顿结构。构造过程产生一类Casimir不变量，然后将其用于具有流动和回转粘度的平衡方程的变分原理。还描述了获得具有回转粘度的简化流体模型的过程。
2014-05-09 physics.plasm-ph
Variational Formulation of a Hybrid Kinetic and Gyrokinetic Model for Astrophysical and Laboratory Plasmas
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学）
该研究针对太阳风电磁湍流，提出含全动理学离子与 gyrokinetic 电子的拉格朗日模型，采用一致数学形式，通过高阶李变换微扰方法与变分法实现高效描述高频波和动理学电子效应的模型。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Kinetic Effects on Turbulence Driven by the Magnetorotational Instability in Black Hole Accretion
磁旋转不稳定性（MRI）是在吸积盘中引起湍流输运的不稳定性，本文在动力学区域进行了研究。辐射低效吸积流（RIAF），就像我们银河系中心的超大质量黑洞周围的那种，被认为是无碰撞的。动力学MHD形式主义，基于弗拉索夫方程的时刻，用于线性分析和非线性模拟。修改ZEUS MHD程序，使其包含关键的动力学MHD项：各向异性压力张量和各向异性热传导。模拟使用局部剪切盒近似。由于绝热不变性（$μ=p_\perp/B$），当MRI放大磁场时，产生压力各向异性。拉莫尔半径尺度的不稳定性-镜，离子回旋加速器，消防水龙带-在大的压力各向异性激发。压力各向同性，由于这些不稳定性的俯仰角散射包括作为一个亚网格模型。动力学MHD模拟的一个关键结果是，各向异性（粘性）应力可以与麦克斯韦应力一样大。提出了一种新的数值模拟大温度梯度下各向异性热传导的方法。简单的实验表明，各向异性热传导的中心差分可以导致热量从较低温度流向较高温度，从而产生负温度。横向温度梯度的限制不会加重温度极值。
2007-03-20 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic vs. multi-fluid approach for interstellar neutrals in the heliosphere: exploration of the interstellar magnetic field effects
提出了一个新的太阳风与局域星际介质相互作用的三维自洽双组分（等离子体和中性氢）模型。该模型（K-MHD）结合了太阳风和电离LISM分量的MHD处理，以及中性星际氢的动力学模型（LISH）。局部星际磁场（BLISM）强度和方向是根据日鞘流的早期分析来选择的（Opher等人，2009年）。使用（K-MHD）模型获得的等离子体和中性粒子的特性与以前的多流体模型（Opher等人，2009）和动力学模型（Izmodenov等人，2005）进行了比较。LISH的新治疗方法揭示了日光层性质的重要变化，而不是由多流体模型捕获。这些变化包括到终端激波（TS）的日心距离减小、日鞘变薄以及日鞘流偏转角（θ）减小。然而，终止激波的不对称性似乎不受LISH动力学方面的影响。
2011-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
An asymptotic-preserving five-moment two-species plasma model coupled to an external magnetohydrodynamic solver
Institute for Theoretical Physics I, Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学理论物理第一研究所）
研究如何准确模拟无碰撞空间等离子体，通过引入渐近保持策略扩展多模型层次结构，将双物种五矩流体与理想MHD求解器耦合，确保模型界面一致性，经磁重联模拟证明了完全耦合框架的有效性和鲁棒性。
2026-07-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic, Kinetic, and Transition Regime: Spatially-Segregated Structure of Compressive MHD Turbulence
本研究利用 Alfvén Mach 数探究磁场在电离环境湍流中的作用，揭示了低、中、高 ${M}_{\mathrm{A}}$ 区分别呈现无力场、峰值对齐与不规则未对齐结构，为 MHD 湍流的多面性及未来天体物理解释提供了新视角。
2025-08-11 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
Kinetic formulation and global existence for the Hall-Magneto-hydrodynamics system
本文对霍尔磁流体动力学方程组进行了推导和分析。我们首先提供了一个推导出这个系统从一个双流体的欧拉-麦克斯韦系统的电子和离子，通过一组缩放限制。我们还提出了一个动力学的霍尔-MHD方程，其中包含作为流体封闭的霍尔-MHD模型的不同变体。然后，我们证明了不可压缩粘性电阻Hall-MHD模型整体弱解的存在性。我们使用的特殊结构的霍尔项的能量单位为零的贡献。最后，我们讨论了轴对称纯旋转磁场形式的特解，并提出了一些正则化的霍尔方程。
2011-08-18 math-ph math.MP physics.plasm-ph
The initial value problem in Lagrangian drift kinetic theory
现有的高阶变分漂移动力学理论包含非物理的快速变化的模式，没有看到在低阶。这些非物理模式可能会迅速振荡、衰减或增长，是由于传统的高阶漂移动力学理论未能保持其母模型初始值问题的结构而引入的（静电学的弗拉索夫-泊松，弗拉索夫-达尔文或弗拉索夫-麦克斯韦）电磁学。简而言之，在传统的高阶变分漂移动力学理论中，系统相空间被非物理地扩大了。我提出了一种替代方案，“重整化”变分漂移动力学理论，显然尊重父模型的初始值问题。这种替代方法的基本原理是高阶漂移动力学理论应该通过截断所有阶系统相空间拉格朗日量而不是通常的“场+粒子”拉格朗日量来推导。为了清楚起见，首先通过高阶变分漂移动力学的有限维玩具模型的镜头来讲述这个故事，随后讨论类似的全漂移动力学结果。重整化漂移动力学系统，而只是作为传统的配方准确，不支持麻烦的快速变化的模式。
2015-12-25 physics.plasm-ph
Translationally symmetric extended MHD via Hamiltonian reduction: Energy-Casimir equilibria
本文采用在三维非正则扩展磁流体（XMHD）Poisson括号上进行哈密顿约化的方法，得到了理想XMHD的哈密顿结构。连续空间平移对称的存在允许引入Clebsch形式的磁场和速度场。在采用链规则的功能衍生物，三维泊松括号减少到它的对称对应。识别了对称Hall、惯性和扩展MHD Casimir不变量集，并用于获得具有任意宏观流动的广义XMHD平衡方程的能量-Casimir变分原理。将得到的广义方程组转换为Grad-Shafranov-Bernoulli（GSB）型，并对特殊情况进行了研究：静态等离子体、仅含纵向流的平衡以及忽略电子惯性的Hall MHD平衡。正压霍尔MHD平衡方程推导出的XMHD GSB系统的极限情况下，和数值计算的平衡配置，显示分离的离子流从电磁表面。
2017-08-19 physics.plasm-ph
Non-resonant particle acceleration in strong turbulence: comparison to kinetic and MHD simulations
无碰撞的磁化湍流为在各种天体物理场所产生非热高能粒子提供了一个有前途的框架。然而，控制粒子加速的详细机制仍然存在争议。本文利用二维和三维PIC以及三维（不可压缩）磁流体动力学（MHD）模拟，检验了最近提出的强磁化湍流中粒子非共振加速的模型\cite{2021PhRvD.104f3020L}，该模型将粒子的非共振加速归因于粒子与湍流中随机速度流的连续相互作用，并继承了Fermi模型的思想。为了做到这一点，我们比较了大量的粒子，在模拟中跟踪，预测和观察到的粒子动量的历史。预测的历史是从模型中得出的，从模拟中提取后，在沿粒子轨迹的每个点处，控制加速度的三个力项：沿场线方向投影的场线速度的加速度，沿相同方向投影的剪切，以及其横向压缩部分。总的来说，我们发现模型预测和数值实验之间存在明显的相关性，表明这种非共振模型可以成功地解释强磁化湍流中通过费米型过程产生的大量粒子湍流。我们还观察到，平行剪切的贡献往往占主导地位的物理在PIC模拟中，而在MHD不可压缩模拟中，平行剪切和横向压缩项提供约相等的贡献。
2022-06-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical Study of Magnetic Island Coalescence Using Magnetohydrodynamics With Adaptively Embedded Particle-In-Cell Model
本研究采用MHD-AEPIC模型模拟磁通量绳合并，通过对比自适应嵌入PIC、固定嵌入PIC和全PIC三种模拟，发现需较大自适应PIC区域才能获得一致结果，表明磁岛合并问题具有强动力学耦合特性。
2023-01-18 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic-guiding-center-particle-in-cell Method for Multiscale Plasma Kinetic Simulations
Tsinghua University（清华大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出MHD-gPIC方法，在Athena++中实现引导中心近似下的粒子处理，用于研究陀螺共振不重要系统中的粒子加速与输运，并初步探索非相对论磁重联中的粒子加速。
2025-10-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamo in the Intra-Cluster Medium: Simulation of CGL-MHD Turbulent Dynamo
标准的磁流体动力学（MHD）描述的等离子体中的热，磁化气体的内集群（ICM）介质是不够的，因为它是弱碰撞。在这种无碰撞的磁化气体中，粒子的微观速度分布不是各向同性的，从而在动力学尺度上产生动力学效应。这些动力学效应对于理解湍流以及ICM中磁场的放大和维持都很重要。通过对MHD方程的修正，可以建立无碰撞或弱碰撞气体的流体模型。这些模型通常被称为动力学MHD（KMHD）。使用基于CGL封闭的KMHD模型，该模型允许压力张量的两个分量（相对于局部磁场的平行分量和垂直分量）的绝热演化，我们进行了强迫湍流的3D数值模拟，以研究初始弱种子磁场的放大。我们发现，磁能的增长率与普通的MHD湍流发电机相当，但磁能的饱和程度小于MHD情况。我们还发现，发电机工作的一个必要条件是对压力的各向异性施加限制。
2011-02-25 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Eulerian variational formulations and momentum conservation laws for kinetic plasma systems
给出了一般坐标系中Vlasov-Poisson-Ampère方程组的欧拉变分原理。利用作用量积分在任意空间坐标变换下的不变性，比利用系统的平移和转动对称性更直接地得到动量守恒定律和对称压力。其次，给出了无碰撞漂移动力学方程的欧拉变分原理，其中粒子在给定电磁场中的相空间轨迹由Littlejohn的导引中心方程[R. G. Littlejohn，J. Plasma Phys. { \bf 29}，111（1983）]。然后，它示出，在与传统的矩量法相比，在一般的空间坐标变换下的不变性产生一个更方便的方式来获得作为一个三维矢量方程的动量平衡，其中对称的压力张量，洛伦兹力，和磁化电流被适当地表示。此外，本文还给出了扩展漂移动力学系统的欧拉公式，除了给出了所有粒子分布函数的漂移动力学方程外，还给出了确定自洽电磁场的准中性条件和安培定律。再次，由广义空间坐标变换下的不变性导出了扩展系统的动量守恒定律。此外，研究了在Vlasov和漂移动力学方程中加入碰撞和/或外源项时的动量平衡。
2018-10-05 physics.plasm-ph
Shell to shell energy transfer in MHD, Part I: steady state turbulence
通过分析在没有外加均匀磁场的情况下直接数值模拟的结果，研究了充分发展的三维MHD湍流中能量从大尺度向小尺度的转移.我们的结果表明，动能从大尺度到小尺度的动能转移，以及磁能从大尺度到小尺度的磁能转移，是局部的，在中性流体的情况下也发现了这一点，并且在某种程度上与Kolmogorov（1941）的湍流理论是一致的。然而，能量从速度场到磁场的转移是傅立叶空间中的高度非局部过程。大尺度速度场的能量可以直接传递到小尺度磁场中，而不需要中间尺度的参与。本文还讨论了这些结果对MHD湍流模拟的一些启示。
2005-05-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear interaction between three kinetic Alfvén waves
利用Hall-MHD理论，我们研究了三个动力学Alfvén波之间的共振相互作用。因此，我们推导出三个耦合方程，支配这个过程。结果表明，这些方程包含相同的耦合系数，直接表明它们满足Manley-Rowe关系。耦合系数可以写成一个相对非常简单的形式，这是以前没有推导出来的。当一个泵浦动力学阿尔芬波衰减成两个相似的阿尔芬波时，衰减率因此很容易估计天体物理学感兴趣的等离子体。
2006-02-14 physics.plasm-ph
