HYPIC: A fast hybrid EM PIC-MCC code for ion cyclotron resonance energization in cylindrical coordinate system
本文提出了名为 HYPIC 的二维混合电磁 PIC-MCC 模拟程序，通过结合绝热电子近似与 PIC 离子，在较低计算成本下快速模拟了直线装置中的天线-等离子体相互作用及离子回旋共振能量化过程。
2024-01-10 physics.plasm-ph
Field structure and electron life times in the MEFISTO Electron Cyclotron Resonance Ion Source
对位于伯尔尼大学的永磁电子回旋共振（ECR）离子源MEFISTO的复磁场进行了数值模拟。第一次在2.45 GHz和87.5 mT的电子回旋共振合格的磁化体积进行了分析，在高度详细的三维模拟与前所未有的分辨率。对25211个电子轨迹进行了数值模拟，得到了新的结果。从场分布和电子轨迹分布上证实了六极约束ECR源具有明显的离子溅射三叉戟特征。此外，发现了意想不到的长电子轨道寿命。
2008-02-01 physics.plasm-ph
Quantifying fusion born ion populations in magnetically confined plasmas using ion cyclotron emission
离子回旋发射（ICE）提供了独特的承诺，作为诊断的融合出生的α粒子人口在磁约束等离子体。JET和TFTR的开创性观测发现，ICE强度$P_{ICE}$与聚变反应的测量中子通量以及等离子体中聚变产生的α粒子的推断浓度$n_α/n_i$近似线性地成比例。我们提出了完全非线性自洽动力学模拟，再现这种缩放的第一次。这解决了MCF等离子体中聚变α粒子约束和稳定性物理学中的一个长期问题。证实了磁声回旋不稳定性（MCI）作为可能的发射机制，并大大加强了未来的燃烧等离子体中的ICE诊断开发的基础。
2016-06-01 physics.plasm-ph
The electron cyclotron maser instability in laser-ionized plasmas
该研究揭示圆偏振激光电离的等离子体可形成易触发电子回旋脉泽不稳定性的长寿命环形弱相对论动量分布，结合理论与模拟验证现有激光技术可实现相关可控探测，为极端天体环境下的相干辐射过程提供实验依据。
2024-12-09 physics.plasm-ph
Conceptual design of first toroidal electron cyclotron resonance ion source and modeling of ion extraction from it
电子回旋共振离子源（ECRIS）通过采用更强的磁场（有利于约束）和成比例地更高的ECR频率而发展到越来越高的离子电流和电荷状态。进一步的改进需要达到与主要聚变实验相当的密度、温度和约束时间的"三重乘积"。为此，我们提出了一种新的，环形而不是线性，ECRIS的几何形状，这将在同一时间提高约束，并更好地利用磁场。离子提取比从线性装置更复杂，但可行的，因为我们的建模表明：单粒子示踪显示成功提取至少两种技术，分别利用磁提取器和ExB漂移。其他技术进行了简要讨论。
2015-02-02 physics.plasm-ph
Fullerene-rare gas mixed plasmas in an electron cyclotron resonance ion source
利用电子回旋共振（ECR）离子源合成了Fe@C60等内嵌富勒烯。报道了N@C60的生产。然而，产率相当低，因为大多数富勒烯分子在ECR等离子体中断裂。我们采用了气体混合技术，以冷却等离子体，然后减少富勒烯解离。用法拉第杯观察了从富勒烯-He、Ar或Ar混合等离子体中引出的离子束的质谱。从结果来看，He气体混合技术对富勒烯的破坏是有效的。
2015-01-28 physics.plasm-ph
The ion cyclotron parametric turbulence and anomalous convective transport of the inhomogeneous plasma in front of the fast wave antenna
建立了快波天线前非均匀电场驱动的非均匀等离子体离子回旋（IC）静电参数不稳定性理论。据发现，参数IC湍流和漂移湍流的空间不均匀性是在流动的起源，其中运输的大部分FW功率，沉积到基座等离子体，刮除层，后来的偏滤器主要沿场线。
2021-03-03 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
Ion cyclotron emission from fusion-born ions in large tokamak plasmas: a brief review from JET and TFTR to ITER
离子回旋辐射（ICE）是第一个集体辐射不稳定性，由约束聚变产生的离子驱动，从氘氚等离子体中观察到的JET和TFTR。ICE包括强烈的超热辐射，其在托卡马克等离子体的外中平面边缘处评估的多个离子回旋谐波频率处具有谱峰。ICE谱峰的测量强度与JET中测量的聚变反应性成线性比例。在其他大型托克马克等离子体中，ICE目前被用作快离子物理的指示器。ICE的激发机制是磁声回旋不稳定性（MCI）;在JET和TFTR的情况下，MCI是由一组中心出生的聚变产物驱动的，位于速度空间中的捕获通过边界内，其漂移轨道向外中平面边缘进行大的径向偏移。因此，在未来的实验中ICE的诊断开发部分依赖于对MCI的深入了解，并且计算等离子体物理的最新进展已经导致了大量的最新进展，在这里进行综述。
2014-10-22 physics.plasm-ph
Anomalous convective transport of the tokamak edge plasma, caused by the inhomogeneous ion cyclotron parametric turbulence
本文研究了极向剪切下基座等离子体中空间非均匀静电离子回旋参数微湍流驱动的对流中尺度流动的动力学和流体力学理论。发展的动力学理论预测剪切极向对流的产生，和径向压缩流与径向流速梯度。发达的流体动力学理论的对流揭示了径向压缩对流的密度梯度随时间呈指数增长的陡峭的基座密度分布的形成中的主导因素。这种梯度密度的增长受到基座等离子体向刮除层的径向振荡离子流出的限制。
2022-06-07 physics.plasm-ph
Coulomb collisions in strongly anisotropic plasmas I. Cyclotron cooling in electron-ion plasmas
被认为是光学薄的回旋辐射的碰撞等离子体的行为，并在系统中的各种时间尺度上的分布函数计算。特别注意的限制，其中碰撞时间超过辐射发射时间，使电子分布函数强烈各向异性。尽管等离子体远不是麦克斯韦方程组，但碰撞算符仍然可以解析计算，这对等离子体物理来说是不寻常的。辐射发射率的计算和发现是由碰撞频率乘以一个因素，只依赖于等离子体参数的grammically。
2020-10-28 physics.plasm-ph
Ion firehose and ion cyclotron instability with subtracted-Kappa distributions
Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学物理研究所）；Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）
研究减Kappa分布下离子热各向异性驱动的电磁波不稳定性，发现损失锥特征增强会降低消防软管不稳定性增长率但提高离子回旋不稳定性增长率。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Power requirements for electron cyclotron current drive and ion cyclotron resonance heating for sawtooth control in ITER
沉积在q = 1表面内部的13MW电子回旋电流驱动（ECCD）功率可能会将ITER基线场景中的周期缩短到经验预测的触发新古典撕裂模式（NTM）的水平以下。然而，由于ECCD控制方案仅基于改变局部磁剪切，因此计划使用直接减小扭结模式的势能以减小弯曲周期的互补方案是谨慎的。在自然周期比预期长的情况下，例如由于增强的α粒子稳定性，该辅助周期控制可以由> 10MW的离子回旋共振加热（ICRH）功率提供，其中共振正好在q = 1表面内。ECCD和ICRH控制方案都将大大受益于沉积相对于合理表面的主动反馈。如果q = 1的表面可以保持更靠近磁轴，ECCD和ICRH方案的效率显着增加，对聚变增益的负面影响减少，离轴负离子中性束注入（NNBI）也可以考虑用于控制。因此，减少q = 1半径的方案是非常可取的，例如早期加热以延迟电流穿透，当然，主动的热失稳以调解小的频繁锯齿并保持小的q = 1半径。
2013-06-19 physics.plasm-ph
Time Series Extrinsic Regression of Ion Cyclotron Emission Spectra Trained on Particle-In-Cell Simulations
York Plasma Institute, University of York（约克等离子体研究所，约克大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；Centre for Fusion, Space and Astrophysics, University of Warwick（聚变、太空与天体物理中心，华威大学）
本文通过在粒子-细胞模拟上训练时间序列外回归模型，实现了离子回旋发射光谱中 bulk 和 fast 离子参数的实时恢复，展示了该方法在磁约束等离子体诊断中的应用潜力。
2026-05-18 physics.plasm-ph
Electron cyclotron resonance discharge as a source for hydrogen and deuterium ions production
在这篇报告中，我们描述了在电子回旋共振条件下加热的环形结构氢等离子体的特性，并被限制在一个镜面磁阱中，讨论了负氢和氘离子产生中的次级电子和热电子的相对效率。所得数据和对可能反应平衡方程的计算表明，负离子的产生是分两个阶段实现的。首先，氢和氘分子在与等离子体电子的碰撞中被激发到等离子体体积中的高位里德堡或振动能级。第二阶段通过低能电子的解离附着过程导致负离子的产生。低能量电子起源于由驱动环之一的离子轰击等离子体电极和来自加热的钨丝的热发射。实验似乎表明负离子的产生主要发生在充满热电子的有限体积中。对负离子产生率的估算表明，负离子产生的主要通道是高里德堡态激发过程。
2004-11-13 physics.plasm-ph
Impurity transport in Alcator C-Mod in the presence of poloidal density variation induced by ion cyclotron resonance heating
本文用局部回旋动力学模拟和考虑极向不对称和伸长效应的理论模型研究了离子回旋共振加热Alcator C-Mod放电中杂质粒子的输运。尽管在深芯区域的少数温度各向异性很强，极向不对称性被发现有一个可以忽略不计的影响湍流杂质输运由于在该地区的低磁剪切，与实验观察。根据理论模型，在外芯区域极向不对称性可能有助于减少杂质峰，但原子物理学过程中的不确定性，防止与实验进行定量比较。
2014-11-10 physics.plasm-ph
Turbulent transport of MeV range cyclotron heated minorities as compared to alpha particles
本文研究了离子回旋共振加热（ICRH）、MeV量级少数离子在托卡马克等离子体中的湍流输运。这种高能少数，可以在三离子少数加热方案中产生[Ye。O. Kazakov等人（2015）Nucl.Fusion 55，032001]，已经被提出用于在不产生聚变α的情况下实验性地研究快离子的约束性质。我们比较了ICRH离子和聚变产生的α粒子的湍流输运性质。我们的理论预测表明，当从实验结果中得出结论时，必须小心：虽然湍流对这些颗粒的影响在输运系数方面是相似的，但它们的分布函数的差异-最终它们的生成过程-使所得的湍流通量不同。
2016-06-30 physics.plasm-ph
Photoelectron Emission from Metal Surfaces Induced by Radiation Emitted by a 14 GHz Electron Cyclotron Resonance Ion Source
光电子发射测量已使用室温14 GHz ECR离子源。结果表明，从Al，Cu，和不锈钢（SAE 304）表面，这是常见的等离子体室材料的光电子发射，主要是由从等离子体发射的能量在8 eV和1 keV之间的辐射引起的。等离子体的特征X射线发射和韧致辐射对光电子发射的贡献可以忽略不计。从测量的数据估计，来自等离子体室壁的最大可能的光电子通量是从等离子体估计的总电子损失的10%的量级。
2015-09-01 physics.plasm-ph
Fast particle-driven ion cyclotron emission (ICE) in tokamak plasmas and the case for an ICE diagnostic in ITER
离子回旋频率范围内的快粒子驱动波（离子回旋辐射或ICE）为许多托卡马克装置中的受限和逃逸快离子提供了有价值的诊断。这是一种被动的、非侵入性的诊断方法，与ITER中氘氚等离子体的高辐射环境兼容，可以提供有关该设备中聚变α粒子和束离子的重要信息。在JET中，来自受限聚变产物的ICE与聚变反应速率的比例线性超过6个数量级，并提供了α粒子约束接近经典的证据。在TFTR中，从等离子体边缘的超Alfvénic α粒子中观察到ICE。DIII-D中的束驱动ICE的强度与鱼骨激发期间的中子速率下降的相关性比来自更直接的束离子损失诊断的信号更强。在ASDEX Upgrade中，ICE由超Alfvénic DD聚变产物和亚Alfvénic氘束离子产生。
2014-12-12 physics.plasm-ph
Analytic stability boundaries for compressional and global Alfvén eigenmodes driven by fast ions. I. Interaction via ordinary and anomalous cyclotron resonances
净快离子驱动的条件，得出了束驱动，亚回旋压缩（CAE）和全球（GAE）阿尔文本征模，如那些经常观察到的球形托卡马克，如NSTX（-U）和MAST。共同和反传播的CAE和GAE的调查，普通和异常多普勒频移回旋共振与快离子驱动。而以前的结果被限制在速度空间中的消失窄分布，广泛的参数制度确定在这项工作中，使现实的快速离子中性束注入产生的分布的分析处理。在这些制度中的简单，近似的条件，为现实的宽度的束分布比较以及快速离子驱动器的完整的解析表达式的数值评估。此外，以前的结果在非常窄的梁的情况下进行了校正和推广，以保留所有条款$ω/ω_{ci}$和$k_\parallel/k_\perp$，这往往被假定为小参数，但可以显着修改的条件下，他们是不可忽略的驱动器和阻尼。良好的协议之间的近似稳定性准则，模拟结果，和一个大型数据库的NSTX观测cntr-GAE。
2019-09-12 physics.plasm-ph
A linear parameters study of ion cyclotron emission using drift ring beam distribution
本文利用线性动理学色散关系求解器BO，系统研究了漂移环束分布下离子回旋发射的磁声回旋不稳定性关键参数影响，揭示了速度展宽对增长率和谐波特性的作用，并为JET实验观测提供了线性解释。
2023-10-16 physics.plasm-ph
Ion-beam driven dust-cyclotron and dust-lower-hybrid instabilities in nonthermal dusty magnetoplasmas with dust-charge fluctuation
Visva-Bharati University（维斯瓦-婆罗蒂大学）；Tribhuvan University（特里布万大学）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）
研究通过离子束驱动非热尘埃磁等离子体中的尘埃环流和尘埃低混频不稳定性，揭示了一种新的弥散模式，分析了其增长率及在不同环境中的应用。
2025-12-09 physics.plasm-ph
Quasilinear diffusion coefficients in a finite Larmor radius expansion for ion cyclotron heated plasmas
本文导出了托卡马克中离子回旋波频率范围内麦克斯韦方程组与福克-普朗克方程自洽耦合的小拉莫尔半径近似准线性扩散简化模型。简化模型通过Kennel-Engelmann扩散保证了完整模型的重要性质，如扩散方向、波偏振和H定理。的动能变化（W点）是用来推导出的基本阻尼和二次谐波阻尼的有限拉莫尔半径展开的最低阶的减少模型扩散系数。准线性扩散系数在具有介电张量等效约化模型的耦合代码（TORIC-CQL 3D）中实现。我们还提出了模拟ITER少数加热的情况下，在其中的简化模型进行了验证，在允许的误差范围内从完整的模型结果。
2017-04-24 physics.plasm-ph
Drift-cyclotron loss-cone instability in 3D simulations of a sloshing-ion simple mirror
本文通过三维混合模拟研究WHAM类简单磁镜中晃动束流离子驱动的漂移回旋损失锥不稳定性，揭示其饱和机制及冷离子对束流约束的显著改善作用。
2025-04-13 physics.plasm-ph
Coherence of ion cyclotron resonance for damping ion cyclotron waves in space plasmas
离子回旋共振是无碰撞等离子体中通过场-粒子相互作用实现能量转换的基本过程之一。然而，离子回旋共振的关键证据（即，电磁场和离子相空间密度之间的相干性）以及由此产生的离子回旋波（ICW）的衰减。通过对磁层多尺度（MMS）卫星对空间等离子体的高质量测量，发现波电磁场矢量和扰动离子速度分布的体速度都围绕背景磁场旋转。此外，我们发现，在离子速度分布函数和波电场矢量的波动中心之间的绝对陀螺相位角差落在（0，90）度的范围内，与正在进行的能量转换从波场粒子。通过调用等离子体动力学理论，我们证明了场粒子相关的阻尼离子回旋波在我们的理论模型与我们的观察相匹配。波电场矢量（$δ\mathbf{E'}_{\mathrm {wave,\perp}}$）、离子电流密度（$δ\mathbf{J}_\mathrm {i,\perp}$）和能量转移率（$δ\mathbf{J}_\mathrm {i,\perp}\cdot δ\mathbf{E'}_{\mathrm {wave,\perp}}$）均呈现准周期振荡，电磁场对离子的积分功为正，表明离子主要由电场的垂直分量通过回旋共振激发.因此，我们对MMS观测和动力学理论的综合分析为空间等离子体的ICW阻尼提供了直接、深入和全面的证据。
2022-02-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parallel transport modeling of linear divertor simulators with fundamental ion cyclotron heating
材料等离子体暴露实验（MPEX）是一种稳态线性装置，其目标是在未来聚变反应堆相关条件下进行等离子体材料相互作用（PMI）研究。MPEX的原型称为Porto-MPEX，旨在对计划中的完整MPEX设备进行与源，加热和运输概念相关的研究和开发。MPEX中的辅助加热方案基于利用射频（RF）波的回旋共振加热。MPEX中的离子回旋加热（ICH）和电子回旋加热（ECH）用于独立地加热离子和电子，并在材料靶处提供范围从鞘层限制到完全分离的偏滤器状态的聚变偏滤器条件。开发了混合颗粒细胞代码- PICOS++，并应用于了解MPEX Proto-MPEX中ICH加热过程中血浆平行转运至靶点。利用该工具，在存在（1）库仑碰撞、（2）体积粒子源和（3）基于准线性RF的ICH的情况下，对MPEX/Proto-MPEX离子的分布函数的演变进行建模。该代码的基准测试实验数据从原型MPEX和模拟数据从B2.5 EIRENE。通过使用PICOS++建模的基于物理的参数，证明并解释了在ICH加热期间在Proto-MPEX和MPEX中目标附近密度下降的实验观察结果。事实上，在Proto-MPEX/MPEX中，在ICH期间密度在目标处下降，以保存通量并补偿ICH期间增加的流量。此外，各种等离子体参数相对于ICH功率的灵敏度扫描进行MPEX等离子体传输和粒子和能量通量在目标上的作用进行调查。最后，我们讨论的途径，以模拟ECH…
2022-09-20 physics.plasm-ph
Development and validation of the numerical model of Electron Cyclotron Resonance Ion Sources
电子回旋共振离子源的数值高级模型（NAM-ECRIS）包含了壁面次级电子发射过程。研究发现，单粒子效应强烈影响电子约束时间和离子产生。与修改后的模型，我们观察到的源的气体流量的变化，并在注入的微波功率的反应。研究了六极磁场缩放对源性能的影响。计算的趋势与实验观察结果接近。
2022-04-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical model of Electron Cyclotron Resonance Ion Source
本文用数值代码精确地再现了电子回旋共振离子源（ECRIS）工作的重要特性。该代码使用的粒子在细胞技术来模拟ECRIS等离子体中的离子的动力学。结果表明，气体动力学离子约束机制是足够的，以提供在ECRIS的离子产生率接近实验观察值。提取的离子电流的计算和比较实验的几个来源。通过改变源室的气体流量和微波功率，得到了引出离子流的变化。经验标度律ECRIS设计的研究和潜在的物理效应进行了讨论。
2015-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Frequency Chirping of Electromagnetic Ion Cyclotron Waves in Earth's Magnetosphere
已知电磁离子回旋波表现出频率啁啾，有助于高能粒子的快速散射和加速。然而，啁啾的物理机制仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个新的模型来解释啁啾，并提供直接的观测证据进行验证。我们的研究结果与波的振幅和磁场的不均匀性的第一次波的频率啁啾。该模型基本原理的普遍适用性为理解其他波的频率啁啾开辟了一条新的道路。
2023-03-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
Roles of Fast-Cyclotron and Alfven-Cyclotron Waves for the Multi-Ion Solar Wind
利用等离子体波的线性Vlasov理论和共振波-粒子相互作用的准线性理论，研究了低β多离子等离子体中快波和Alfven波的色散关系和电磁场起伏。它们在加热和加速太阳风通过朗道和回旋共振的可能作用进行了量化。我们假设：（1）低频阿尔芬波和快波具有相同的频谱形状和相同的功率谱密度的幅度;（2）由于湍流级联，这些波最终达到离子回旋频率;（3）动力学波-粒子相互作用为太阳风提供动力。α粒子的存在，在一个占主导地位的质子/电子等离子体可以触发之间的线性模式转换斜快哨声和混合α质子回旋波。快回旋波经历α和质子回旋共振。快回旋波中的α回旋共振比阿尔芬回旋波中的强得多。对于α回旋共振，在相同的波传播角θ下，特别是在$80^\circ$ < θ< $90^\circ$时，倾斜快回旋波比相应的阿尔芬回旋波具有更大的左手电场波动、更小的波数、更大的局部波幅和更大的可调能力。当阿尔芬回旋加速器或快回旋加速器波存在时，α粒子是主要的能量接受者。从α粒子到质子的择优跃迁可以通过自洽演化的波粒相互作用由α粒子的速度差和温度各向异性进行自调制。因此，快回旋波作为线性模式耦合的结果是一个潜在的重要机制，优先的次要离子在主加速区的太阳风。
2012-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Interaction of the fast wave with a scrape-off layer plasma in tokamaks. The ion cyclotron parametric instabilities and the anomalous heating of ions
发展了有限波长椭圆偏振快波驱动下等离子体离子回旋（IC）静电参量不稳定性理论。本文对托卡马克装置中FW注入过程中刮除层（SOL）中产生高能离子的一个潜在来源--IC准模衰变不稳定性的增长率进行了解析推导，给出了任意FW电场和IC不稳定扰动波长时IC准模衰变不稳定性增长率的解析表达式。对含有IC模$φ_{i}\left(\mathbf{k}_{i}, ω\right)$及其谐波$φ_{i}\left(\mathbf{k}_{i}, ω-ω_{0}\right)$、$φ_{i} \left(\mathbf{k}_{i}, ω-2ω_{0}\right)$的三波系统的色散方程进行了全面的数值分析，其中$ω_{0}$为FW频率。结果表明，对于波长与热离子Larmor半径相当的IC波，该波系统的参数IC不稳定性具有最大增长率。结果表明，反电子朗道阻尼在这种不稳定性的发展中起着重要的作用。这种不稳定性饱和的可能机制是离子被具有随机相位的IC波系综散射，这限制了高水平不稳定性的发展。本文利用发展的离子碰撞准模衰变不稳定性的准线性理论，确定了离子与参量离子碰撞湍流相互作用所引起的离子反常加热率。导出的结果表明，实验观察到的各向异性加热的冷SOL离子可能是造成的参数IC在SOL湍流。然而，IC参数湍流是不太可能负责实验观察到的约束不良的超热离子在托卡马克等离子体的SOL爆发。
2020-01-03 physics.plasm-ph
Study of Gasdynamic Electron Cyclotron Resonance Plasma Vacuum Ultraviolet Emission to Optimize Negative Hydrogen Ion Production Efficiency
负氢离子源被用作加速器的注入器，并驱动ITER中的中性束加热。低温氢等离子体中的某些过程伴随着真空紫外（VUV）辐射的发射。因此，研究真空紫外辐射提供了等离子体化学过程的体积速率和等离子体参数。在过去，我们已经使用气体动力学ECR放电的体积负离子生产和研究之间的依赖关系提取H $^-$电流密度和各种离子源参数。它表明，它是可能的，以达到高达80 mA/cm $^2$的负离子电流密度与两个电极提取。本文报道了在由两个简单的镜阱组成的高密度气体动力学ECR放电等离子体中产生负氢离子的实验研究以及真空紫外发射测量结果。在三个范围内测量VUV功率- Ly $_α$、Lyman带和分子连续区-改变源控制参数以接近其用于H $^-$生产的最佳值。结果表明，第一腔室中分子的连续辐射功率最高，而第二腔室中以Ly $_α$辐射为主。为进一步优化负氢离子产生的实验方案，提出了改进意见。
2019-12-10 physics.plasm-ph
Equatorial source of oblique electromagnetic ion cyclotron waves: peculiarities in the ion distribution function
本研究发现斜向电磁离子回旋波可直接在赤道源区产生，电离层起源的沿场热离子群通过降低朗道阻尼促成该过程，凸显磁层-电离层耦合对内磁层波特性的调控作用。
2024-01-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
A Self-Consistent Marginally Stable State for Parallel Ion Cyclotron Waves
本文导出了一个方程，其解描述了质子-电子等离子体与平行传播离子回旋波相互作用的边缘稳定性自洽态。通过这种边缘稳定的等离子体传播的离子回旋波既不会增长也不会衰减。这些波的色散关系ω（k）从通常的小|k|的MHD行为平滑地上升到ω = Ωp，即k \rightarrow \pm \infty。质子分布函数具有恒定的相空间密度沿着由该色散关系定义的特征共振表面。我们的方程包含一个自由函数，描述了质子相空间密度在这些表面上的变化。以这个自由函数是一个简单的“盒函数”，我们得到特定的解决方案的边缘稳定状态的质子平行β的范围。这些波的相速度大于冷等离子体色散关系给出的相速度，并且特征表面在v \bot方向上更尖锐地达到峰值。产生离子回旋波的阈值各向异性也大于假定双麦克斯韦质子分布的估计。
2012-03-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three-dimensional modelling of processes in Electron Cyclotron Resonance Ion Source
建立了电子回旋共振离子源的三维数值模型，并应用于离子源物理过程的研究。该模型包括以迭代方式模拟源等离子体中的电子和离子动力学的单独模块。利用COMSOL Multiphysics软件对微波在等离子体中的传播进行了模拟，模拟了微波对电子的加热。提取的离子电流和其他参数的源获得不同的气体流入源。结果表明，等离子体电势梯度引起的横向离子输运对电流有很大的影响。研究了一些特殊工艺对光源性能的影响。示出了磁场缩放以减少离子朝向提取孔移动期间的离子损失，以及使用铝室壁和工作气体与氦气的混合。
2020-08-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Unveiling the Velocity-Space Signature of Ion Cyclotron Damping Using Liouville Mapping
University of Iowa（爱荷华大学）
本研究利用刘维尔映射和场粒子相关技术，揭示离子回旋阻尼的速空间特征，通过定量分析展示其在不同等离子体参数下的表现。
2025-12-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Gyrokinetic simulations of the influence of electron cyclotron current drive on tearing mode instabilities in tokamaks
用回旋动力学方法模拟了HL-2A和DIII-D装置中电子回旋电流驱动和离子动力学效应对m/n=2/1撕裂模（TM）不稳定性的影响。用有限质量电子模型计算了TM的演化，用射线追迹和Fokker-Planck方法得到了射频电流源。在HL-2A装置中，连续的1 MW 68 GHz X ~ 2模可以很好地稳定TM，而在DIII-D装置中，由于输入功率不足，1 MW 110 GHz X ~ 2模只能部分稳定不稳定性（CR= I_{rf} / I_{0}，其中Irf为波驱动电流，I 0为平衡等离子体电流）。结果还表明，螺旋电流驱动比连续ECCD更有效。GTC模拟的分析表明，无论是在HL-2A和DIII-D，离子的存在可以减少岛的宽度以及生长速率。此外，热离子对TM的动力学效应被发现是更明显的离子温度越高。
2018-07-10 physics.plasm-ph
Non-Linear behavior of the Electron Cyclotron Drift Instability and the Suppression of Anomalous Current
本研究通过WarpX粒子模拟代码对氙等离子体进行长期一维无碰撞模拟，揭示了电子回旋漂移不稳定性（ECDI）的非线性发展阶段，发现异常电子电流在最终阶段被淬灭，系统转变为饱和离子声波湍流，并对比了两种ECDI驱动视角。
2025-03-04 physics.plasm-ph
Wave-particle energy transfer directly observed in an ion cyclotron wave
上下文帕克太阳探测器（PSP）数据的第一次研究已经取得了重大进展的基本性质的理解离子回旋波在内日光层。然而，PSP的调查模式粒子测量无法在波周期的时间尺度上测量电磁场和粒子之间的耦合。目的。本文提出了一种用PSP研究波粒能量交换的新方法。方法.我们使用的通量角操作模式的太阳能探测杯结合的电场测量，并提出了一个案例研究时，通量角模式测量的质子速度分布与离子回旋波的直接相互作用。结果我们的结果表明，能量转移从场到粒子的时间尺度上的回旋周期是等于约3-6%的电磁能通量。该速率与离子回旋波是在太阳风中局部产生的假设一致。
2020-10-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Spatial distributions of plasma potential and density in electron cyclotron resonance ion source
本文应用电子回旋共振离子源的数值高级模型（NAM-ECRIS）研究了离子源中的物理过程。NAM-ECRIS的分别操作的电子和离子模块的解决方案以迭代的方式进行匹配，以获得等离子体密度和等离子体电势的空间分布。结果显示，在ECR表面附近和源轴上等离子体密度最大的复杂轮廓。离子捕获势的下降在~（0.01-0.05）V的水平上，位于等离子体密度最大值处。高电荷离子也被定位在ECR表面附近。偏置电极效应是由于电子从偏置电极和提取孔反射而形成的沿源轴的电子串。该串使得高电荷离子的轮廓在源轴上更加尖峰化，从而增加了提取的离子电流。
2019-09-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Hydrogen electron cyclotron resonance ion sources plasma characterization based on simple optical emission spectroscopy
本文提出用简易光学发射光谱和低成本透射衍射光栅对自研紧凑型氢电子回旋共振离子源进行等离子体表征，通过CCD图像简单处理即可优化射频功率、频率和氢气流量等运行参数，证明该方法足以满足离子源基本等离子体诊断需求。
2025-01-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electromagnetic ion cyclotron instability stimulated by the suprathermal ions in space plasmas: A quasi-linear approach
在贫碰撞空间等离子体中，垂直于背景磁场方向上具有过剩动能或温度的质子会激发电磁离子回旋（EMIC）不稳定性。这种不稳定性预计是高度敏感的超热质子，这提高了所观察到的速度分布的高能量的尾巴，以及再现的（双）卡帕分布函数。在本文中，我们提出了一个改进的准线性（QL）方法的结果，能够描述超热质子的EMIC不稳定性的扩展时间演化的影响。结果表明，超温流对EMIC不稳定性有系统的刺激作用，不仅使不稳定波数的增长率和范围增大，而且使饱和时的磁涨落能量密度增大.实际上，各向异性温度的弛豫也变得更有效，即，在时间上更快，更接近于各向同性。
2020-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
DEMO ion cyclotron heating: status of ITER-type antenna design
ITER ICRF系统相对于现代设备上现有系统的复杂性将有所增加，DEMO也是如此。积累的经验对设计ICRF系统的DEMO有很大的帮助。本文介绍了演示ICRF天线和一些相关部件的预概念设计的现状。虽然在许多方面与ITER系统非常相似，但在某些设计解决方案中，我们不得不采取替代路线，以便能够适应DEMO特定。关键点之一是所需ICRF加热性能所需的环形天线范围，通过将天线分成两半并进行适当安装来实现。迄今为止最大的ICRF天线在RAPLICASOL和相关的挑战建模。计算结果以TOPICA为基准。最新模型的分析结果和展望未来的步骤。
2022-01-14 physics.plasm-ph
Self-Consistent Ion Cyclotron Anisotropy-Beta Relation for Solar Wind Protons
本文导出了平行于大尺度磁场传播的离子回旋波系统在均匀质子-电子等离子体中的一组自洽边缘稳定态。的质子分布和波的色散相关的条件下，没有进一步的离子回旋共振粒子散射或波的增长/阻尼可能发生。因此，这些状态下质子的热各向异性定义了触发质子回旋各向异性不稳定性的阈值。最近的一些论文指出，太阳风质子在1天文单位的各向异性似乎不受质子回旋各向异性阈值的限制，即使在低等离子体β。然而，这个难题似乎仅仅是由于在假设质子具有双麦克斯韦分布的情况下对各向异性阈值的估计。我们注意到，双麦克斯韦分布是从来没有边际稳定的共振回旋相互作用，所以这些估计并不代表物理有效的阈值。从我们的边缘稳定状态得到的阈值各向异性大得多，作为质子平行β的函数，比双麦克斯韦估计，我们表明，测得的数据仍然低于这些更严格的阈值。因此，本文的结果解决了明显的矛盾所提出的太阳风各向异性观测在1 AU：双麦克斯韦各向异性不是严格的阈值，所以不限制质子分布在太阳风。
2013-07-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Numerical investigations of the minimum-B effect in Electron Cyclotron Resonance Ion Source
本文采用三维粒子-单元模型NAM-ECRIS研究了DECRIS-PM电子回旋共振离子源对源磁位形变化的反应。重点是磁阱中心的磁场变化，即最小B值。经计算，最佳归一化值约为0.8，与实验观测值接近。讨论了最优解存在的原因。据观察，电子的能量随着最小B值的增加而增加，这是由于等离子体中高能电子的约束增强。的径向损失的电子的能谱中的凸点进行观察和解释是由于非绝热损失的电子。
2020-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlled turbulence regime of electron cyclotron resonance ion source for improved multicharged ion performance
强非等离子热等离子体的动力学不稳定性的激发和非线性演化限制在开放的磁阱的基础研究提出了传统的电子回旋共振（ECR）离子源的微调的新机会。这些装置广泛用于产生高电荷态离子的粒子束。在受控湍流状态下操作离子源允许增加吸收功率密度，并且因此增加由ECR表面包围的放电的密集部分中的体积等离子体能量含量，这导致高电荷状态离子的增强的束电流。我们报告的实验在ECR离子源在JYFL加速器实验室，其中采用一种新的方法，允许增加多电荷离子束电流高达两倍，例如95 $μ$ A的O $^{7+}$实现仅280 W的功率在11.56 GHz。一个理论模型支持和解释的实验结果。这项研究表明，受控湍流制度有可能提高现代高性能离子源的束流，包括最先进的超导设备。
2021-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
PIC Simulations of Continuously Driven Mirror and Ion Cyclotron Instabilities in High Beta Astrophysical and Heliospheric Plasmas
我们使用粒子模拟（PIC）来研究离子速度空间不稳定性在一个理想化的问题，其中的背景速度剪切连续放大的磁场的非线性演化。我们模拟的天体物理学相关的制度，剪切时间尺度是长的离子回旋周期相比，等离子体β是~ 1-100。在我们的计算中，背景场放大是为了模拟湍流波动或MHD尺度不稳定性等过程。场放大持续驱动压力各向异性，垂直压力大于平行压力，并且等离子体变得不稳定到镜像和离子回旋不稳定性。在所有情况下，非线性状态是占主导地位的镜像不稳定性，而不是离子回旋不稳定性，和等离子体压力各向异性饱和的线性镜像不稳定性的阈值附近。磁场波动最初经历指数增长，但在长期阶段中饱和，其中波动在与背景磁场相同的时间尺度上增长（长期阶段中δB约为0.3<B>）。在早期，离子磁矩是很好的守恒的，但是一旦波动幅度超过δB ~ 0.1<B>，磁矩就不再守恒，而是在与平均磁场的时间尺度相当的时间尺度上变化。我们讨论了低碰撞天体物理等离子体，包括近地太阳风和低光度吸积盘周围的黑洞的影响，我们的结果。
2015-01-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Heating by the Ion Cyclotron Instability in Collisionless Accretion Flows. II. Electron Heating Efficiency as a Function of Flow Conditions
在低光度吸积流的最内部区域，包括银河系中心的Sgr A*，库仑碰撞的频率非常低，以至于等离子体是双温的，离子比电子热得多。这种范例假设库仑碰撞是将离子能量传递给电子的唯一通道。在这项工作中，一系列的第二，我们评估的效率，电子加热的离子速度空间不稳定性碰撞吸积流。不稳定性是由磁场放大引起的压力各向异性引起的，与粒子磁矩的绝热不变性相耦合。在论文（1）中，我们用二维粒子模拟（2D PIC）证明了，当电子-离子温度比小于0.2时，离子回旋不稳定性是离子β_i ~ 5-30（这里β_i是离子热压力与磁压力的比值）的主要模式，这与低光度吸积流的中平面是一致的。在这项工作中，我们采用解析理论和一维PIC模拟，（盒与离子回旋模式的最快增长波矢量对准）以充分表征在离子回旋不稳定性增长期间电子加热效率如何取决于电子与质子温度比、等离子体β、阿尔芬速度平均场的放大率（以离子拉莫尔频率为单位）和质子与电子的质量比。我们的研究结果可以作为一个物理接地子网格模型纳入全球流体模拟低光度吸积流，从而有助于评估的有效性的两个温度的假设。
2014-11-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experiments with biased side electrodes in electron cyclotron resonance ion sources
电子回旋共振离子源（ECRIS）的高电荷态离子输出是由高约束等离子体的离子损失组成的。因此，感兴趣的离子的输出的增加总是约束的增加和损失的增加之间的折衷。径向方向），其对所需输出没有贡献。这在一个实验中得到了证明（使用日本NIRS的Kei ECRIS），其中通过正向偏置一组六个侧电极（沿侧向方向围绕等离子体）来静电减少径向损耗，这些侧电极附接（绝缘）到等离子体室的圆柱形壁。最近，在两个实验室中使用两种本质上不同的离子源进行了新的研究。在BioNano ECRIS（日本东洋大学）中，使用了不同的电极组;每个电极都可以单独偏置。在Atomki ECRIS（匈牙利），一个可移动的离轴侧电极在技术上应用于两个版本。测量结果表明，确实减少了离子损失，但不同的效率相比，偏置盘。
2015-01-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Investigation of bremsstrahlung emission in an electron cyclotron resonance ion source and its dependence on the magnetic confinement
本文利用高统计量蒙特卡罗模拟研究ECRIS轫致辐射X射线温度对轴向磁约束的依赖，验证其与Bmin相关而与Bext无关，并阐明热电子群形成机制。
2025-01-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The In Situ Signature of Cyclotron Resonant Heating
磁化湍流的耗散是描述日冕和风等天体物理环境中加热和能量传递的重要范例;然而，耗散和加热背后的特定无碰撞过程仍然相对不受测量的约束。遥感观测表明，在日冕中存在强烈的温度各向异性，这与回旋共振加热相一致。在太阳风中，原位磁场测量揭示了回旋波的存在，而测得的离子速度分布函数暗示了回旋共振的活跃存在。在这里，我们提出了帕克太阳探测器的观测，连接存在的离子回旋波直接共振阻尼在所观察到的质子速度分布的签名。我们发现，所观察到的回旋波人口相空间分布的共振准线性扩散和陡峭的湍流谱在离子回旋共振尺度预测的平坦化相一致。在测得的速度分布函数，回旋共振平坦较弱，分布几乎均匀地受到离子回旋波阻尼，而不是发射，表明分布可以阻尼观察到的波人口。这些结果与太阳风中的主动回旋加热是一致的。
2022-11-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Identification of the ECR zone in the SWISSCASE ECR ion source
对位于伯尔尼大学的永磁体电子回旋共振（ECR）离子源SWISSCASE的磁场进行了数值模拟和实验研究。第一次，在10.88 GHz和388.6 mT的电子回旋共振合格的磁化体积进行了分析，在高度详细的三维模拟与前所未有的分辨率。观察到的模式的碳涂层上的源强烈相关的电子和离子分布在ECR等离子体的SWISSCASE。在某些等离子体条件下，离子分布与电子分布紧密结合，可以大大简化ECR相关应用（例如ECR离子发动机和ECR离子加速器）中的数值计算。
2008-07-13 physics.plasm-ph
Statistical equilibrium and ion cyclotron absorption/emission in strongly magnetized plasmas
计算了强磁场B作用下电子-质子等离子体中质子朗道能级间的跃迁率。考虑了电子-质子碰撞和质子-质子碰撞。详细分析了一阶回旋吸收和二阶自由-自由吸收和散射对谱线强度、形状和连续谱的影响。我们求解了质子朗道能级布居的统计平衡方程。当温度\sim为10^6-10^7 K时，质子布居数与LTE的偏差在密度ρ< 0.1 B_{14} ^{3.5} g cm^{-3}时是明显的，其中B_{14} =B/（10^{14} G）。给出了在各种物理条件下等离子体发射率和吸收系数的一般公式。我们的结果对于研究强磁化中子星附近质子/离子回旋谱线形成的可能性和条件是有用的。
2007-01-10 astro-ph physics.plasm-ph
A polar-harmonic unified gas-kinetic scheme for magnetized ion dynamics from cyclotron kinetics to the Hall-Pedersen constitutive limit
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
本文提出极谐统一气体动理学格式（PH-UGKS），统一求解磁化离子从回旋动理学到霍尔-佩德森漂移扩散的输运，通过精确碰撞-旋转积分和渐近保持实现跨尺度高效模拟。
2026-09-10 physics.plasm-ph
