Gyrokinetic simulation of the spontaneous toroidal rotation of plasma in a stochastic magnetic field
本文通过动理学模拟研究了随机磁场中等离子体的自发环向旋转，发现共振磁扰动通过双极径向电场驱动旋转，且碰撞效应在几次离子-离子碰撞时间后将其从回流转变为刚体流动，解释了DIII-D实验观测。
2024-06-02 physics.plasm-ph
The linear tearing instability in three dimensional, toroidal gyrokinetic simulations
使用全球陀螺动力学湍流代码GKW对三维环形几何中的经典撕裂模式进行了线性陀螺动力学模拟。结果与圆柱形理想磁流体动力学和解析理论计算结果进行了比较。通过改变电流分布、碰撞度和压力梯度，研究了该模式的稳定性、增长率和频率。无碰撞和半碰撞撕裂模式被发现与两者之间的平滑过渡。一个剩余的，有限的，旋转频率的模式，即使在缺乏压力梯度的观察，这是由于环形有限Larmor半径的影响。当在低碰撞性下存在压力梯度时，模式以预期的电子抗磁频率旋转。然而，岛旋转反转方向在高碰撞。的增长率被发现遵循$η^{1/7}$标度与碰撞电阻率在半碰撞制度，紧随Fitzpatrick发现的半碰撞标度。该模式的稳定性密切遵循的稳定性，使用电阻MHD理论，然而，由于环形耦合和压力效应的修改被视为。
2014-08-01 physics.plasm-ph
A toroidally spectral field solver in the X-point Gyrokinetic Code for accurate simulation of reduced magneto-hydrodynamic modes
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Fiat Lux, LLC（Fiat Lux有限责任公司）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Jubilee Development；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
在全局电磁总f回旋动理学粒子云网格代码XGC中实现了一种新的场求解器，通过放弃大环径比假设并采用环向谱离散化，提高了对大规模MHD型模式（如内扭曲模、撕裂模和剥离模）的求解精度。
2026-06-25 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
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
Gyrokinetic investigation of toroidal Alfven eigenmode (TAE) turbulence
针对环向阿尔芬本征模（TAE）影响聚变等离子体性能的问题，本研究采用全回旋动理学方法，明确了TAE的驱动机制与饱和关键因素，并发现其非线性拍频现象或有助于托卡马克中的TAE探测。
2024-04-29 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
Excitation of Zonal Flow by Intermediate-Scale Toroidal Electron Temperature Gradient Turbulence
研究表明，托卡马克等离子体中的中等尺度环形电子温度梯度（ETG）湍流可以优先激发纬向流。以前的理论研究得出了相反的结论，假设ETG模式的流体近似。在这里，我们进行了陀螺动力学分析，最终产生一个非线性薛定谔方程的ETG动力学与Navier-Stokes型非线性。对于典型的托卡马克参数，发现带状流的产生对中等尺度ETG湍流起着重要的作用。这一发现为最近的多尺度陀螺动力学模拟提供了解释。
2020-11-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of toroidal Alfvén eigenmode saturation via nonlinear wave-wave coupling
本文证明了非线性回旋动理学理论是研究聚变等离子体中环向 Alfvén 本征模（TAE）非线性波波耦合过程（如带状场激发、频率级联和跨尺度耦合）的必要工具。
2023-06-27 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
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
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
A comparison of Vlasov with drift kinetic and gyrokinetic theories
对在磁轴附近电场为零的轴对称平衡的动力学考虑表明，在Vlasov理论框架内，del f在轴上不应为零，而在漂移动力学和陀螺动力学理论框架内，它既可以为零，也可以不为零（f是相关粒子分布函数，也可以是引导中心分布函数）。这种不同的行为，涉及到减少相空间，导致损失的弗拉索夫常数的运动，可能会导致在减少相空间中的不同电流的建设比弗拉索夫的。这一结论表明，在磁约束等离子体中心区域高能粒子物理方面，约化动力学理论的影响存在一定的局限性。
2011-04-03 physics.plasm-ph
Statistical description of turbulent transport for flux driven toroidal plasmas
提出了一种新的方法来分析全球全f陀螺动力学模拟中间歇性湍流输运的非高斯概率分布函数（PDF）。在这项工作中，自回归积分移动平均（ARIMA）模型应用于间歇性湍流热传输的时间序列数据，以分离噪声和振荡趋势，允许提取的PDF的非高斯特征。结果表明，非高斯尾巴的PDF从第一原理为基础的陀螺动力学模拟同意的分析估计的基础上的两个流体模型。
2017-06-09 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulation of ITG turbulence with toroidal geometry including the magnetic axis by using field-aligned coordinates
摘要将静电陀螺动力学非线性湍流全球程序NLT的场向坐标模拟域扩展到包括磁轴。用自然边界代替磁轴附近的人工边界。在Vlasov求解器中，通过考虑场向坐标系中固定网格点的空间关系，处理了磁轴处的奇异性。提出了一种新的泊松方程求解器，利用高斯定理导出了方程组的系数矩阵。对绝热电子作用下的ITG湍流进行了非线性弛豫实验。通过在模拟域中包括磁轴，陀螺中心守恒得到了很大的改善。在没有磁轴的情况下，得到的纬向场和扰动静电势的径向分布与前人的结果不同。
2018-09-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Verification of long wavelength electromagnetic modes with a gyrokinetic-fluid hybrid model in the XGC code
作为动力学电子的替代选择，回旋动力学总f粒子单元（PIC）代码XGC 1已经通过将回旋动力学PIC离子与无质量漂移流体电子相结合而扩展到MHD/流体类型电磁区域，类似于Chen和Parker，Physics of Plasmas 8，441（2001）。两个代表性的长波长模式，剪切阿尔文波和电阻撕裂模式，在圆柱形和环形磁场的几何形状进行了验证。
2017-02-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of slab universal modes and the non-existence of the Gradient Drift Coupling (GDC) instability
本文用局部近似法分析了无碰撞平板几何的回转运动线性稳定性。我们专注于$k_\parallel=0$普遍（或熵）模式驱动的等离子体梯度在小和大等离子体$k_\parallel=0$。这些是小尺度非MHD不稳定性，增长率通常在$k_\perpρ_i\sim 1$附近达到峰值，在长波长$k_\perp\to 0$极限处消失。这项工作还讨论了被称为梯度漂移耦合（GDC）的不稳定性，以前在gyrokinetic文献中报道的模式，它有一个有限的增长率$γ= \sqrt{β/[2(1+β)]} C_s/|L_p|$与$C_s^2=p_0/ρ_0$的$k_\perp\to 0$和普遍不稳定的$1/L_p\neq 0$。我们表明，GDC不稳定性是一个虚假的，非物理的人工制品，错误地出现由于未能尊重总平衡压力平衡$p_0+B_0^2/(8π)=\text{constant}$，这使得假设$B_0'=0$不一致，如果$p_0'\neq 0$。
2018-04-03 physics.plasm-ph
Comparisons and Applications of Four Independent Numerical Approaches for Linear Gyrokinetic Drift Modes
为了揭示线性动力学漂移模的全貌，分别采用基于积分方程、欧拉初值模拟、欧拉矩阵特征值解和拉格朗日粒子模拟的四种独立的数值方法，求解了Z箍缩平板简化和托卡马克气球坐标下的线性回旋静电漂移模方程.结果表明，这四种方法都能得到相同的解，其差别小于1%，而差别主要来自于数值收敛性，这是四种独立的陀螺运动线性漂移模式数值方法的第一个详细的基准。利用这些方法，我们发现在Z箍缩中，熵模和交换模处于同一分支上，并且熵模可以同时具有电子和离子分支。并且，在强梯度下，离子温度梯度模（ITG）的多个本征态可能是不稳定的，并且最不稳定的本征态可能是非基态本征态。还观察到ITG在强梯度下从离子向电子反磁方向的传播，这意味着传播方向不是边缘等离子体湍流模式实验诊断的决定性标准。
2017-06-13 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
Development of a gyrokinetic-MHD energetic particle simulation code Part II: Linear simulations of Alfvén eigenmodes driven by energetic particles
本文开发了混合程序GMEC，结合场向坐标、有限差分、龙格-库塔法和PIC方法，成功实现了托卡马克中高能粒子驱动的环形及反剪切阿尔芬本征模线性模拟验证。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic studies of the effect of beta on drift-wave stability in NCSX
利用GS 2程序研究了等离子体β对国家紧凑型仿星器实验（NCSX）中线性、无碰撞离子温度梯度（ITG）模和电子俘获模（TEM）的影响。等离子体β以两种方式影响稳定性：通过平衡和通过磁波动。第一个在这里进行了研究，通过比较ITG和TEM的稳定性在两个NCSX平衡不同的β值，揭示了高β平衡略高于低β平衡的绝热电子ITG模式的情况下更稳定。然而，高β的情况下有一个较低的动力学电子ITG模式的临界梯度。静电和电磁ITG和TEM模式生长速率对温度梯度和密度梯度的依赖性在定性上是相似的。第二种β效应通过电磁ITG生长速率对GS 2 β输入参数的依赖性来证明。文中还介绍了一个陀螺动力学代码GENE和GKV-X的线性基准测试程序。
2012-10-22 physics.plasm-ph
Numerical validation of the electromagnetic gyrokinetic code NEMORB on global axisymmetric modes
这是一份关于用陀螺动力学程序NEMORB与解析理论和其他程序对全局模式（即低极向模式数）进行无碰撞模拟的比较报告。仅考虑轴对称模式，即环形模式数n=0，以及平坦的平衡剖面。对当地的分析理论进行基准的GAM。在高能离子的存在下，NEMORB的本地基准进行半拉格朗日陀螺动力学代码GYSELA。在很低的β下，比较了绝热模型、俘获动力学模型和完全动力学模型以及静电模型和电磁模型。Alfven模式的缩放也被提出。
2013-12-04 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the effects of magnetic islands on microturbulence in KSTAR
该研究通过回旋动理学模拟揭示 KSTAR 中磁岛增强 ITG 湍流粒子与热输运的机制，并在频谱和波矢谱上与实验定量吻合。
2025-01-08 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
Bringing global gyrokinetic turbulence simulations to the transport timescale using a multiscale approach
环形等离子体核心中能量约束和湍流的特征时间的巨大分离使得长时间尺度上的第一性原理预测极具挑战性。在这里，我们报告的多时间尺度的方法，使耦合全球gyrokinetic模拟与运输求解器计算的自洽温度分布的演变的演示。这种方法，表现出弹性的内在波动所产生的湍流模拟，具有潜在的集成非本地gyrokinetic湍流模拟预测，整个设备模型。
2018-03-27 physics.plasm-ph
Comprehensive Gyrokinetic Study of Eigenstate Transitions in Fast Ion-Driven Electrostatic Drift Instabilities
本研究通过回旋动理学理论推导和GKV模拟，揭示了通行快离子驱动的漂移不稳定性中本征态转变的机制，并发现净能量通量可向内，对聚变加热效率有重要影响。
2025-01-23 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
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
A current driven electromagnetic mode in sheared and toroidal configurations
托卡马克中的感应电场驱动平行的电子流。在非均匀、有限的β等离子体中，当电子流与离子热速度相当时，电磁陀螺动力学方程的阿尔文模式波解可以变成几乎纯粹增长的扭结模式。使用为动量传输研究开发的新的“低流量”版本的陀螺动力学代码GS 2 [Barnes等人2013 Phys.Rev.Lett. 111，055005]，我们能够模拟感应平行电场对电子分布的影响，以研究电流对稳定性的不稳定影响。我们确定高模式数扭结模式在GS 2模拟和剪切磁几何分析理论进行比较。我们表现出令人放心的协议与分析结果的模式频率和增长率的参数依赖性，以及关于径向模式结构。
2014-01-06 physics.plasm-ph
Linear and Nonlinear Dynamics of Self-Consistent Collisionless Tearing Modes in Toroidal Gyrokinetic Simulations
本文利用 ORB5 回旋动理学模拟研究无碰撞托卡马克中电流梯度驱动的撕裂模，揭示磁岛饱和、开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动的衰减、抗磁旋转及高 beta 下向类动理学气球模转变的非线性动力学机制。
2024-10-15 physics.plasm-ph
An analytical solution of the gyrokinetic equation for the calculation of neoclassical effects
本文件的目的是找到一个具体的，简化的假设下的gyrokinetic方程的解析解。我考虑的情况是，在磁岛链的存在下，碰撞等离子体。磁岛的存在导致扰动场的发生，特别是静电场，其梯度长度尺度与岛的宽度相当。当岛的宽度w与离子的拉莫尔半径rho_i相当时，漂移动力学方程不足以处理输运和计算新古典效应。不管怎样，我还是要用S. P. Hirshman和D. J. Sigmar在评论论文“Neoclassical transfer of impurities in tokamak plasmas”中提出，该论文是为求解不同碰撞状态下的漂移动力学方程而开发的。我首先要回顾一下漂移动力学理论，它主要用于研究磁化等离子体中的经典和新经典输运。然后我将转向回转动力学理论，它带来了一个更复杂的动力学方程，我将通过应用赫什曼和西格玛尔以前使用的方法来解决它。
2016-06-15 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
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
A high-order electromagnetic gyrokinetic model
将平行正则动量作为相空间坐标，对电磁陀螺运动方程进行了高阶推广。在长波长区域，应考虑与导引中心变换相关的高阶位移矢量。这将产生额外的条款，导致修改的gyrokinetic泊松和安培方程的gyrokinetic哈密顿。另外，平行正则动量的导引中心变换的高阶项也应该保留在电磁模型中。高阶部分包含了巴尼奥斯漂移效应，并进一步修正了陀螺运动的安培方程。
2013-08-15 physics.plasm-ph
Ion temperature profile stiffness: non-linear gyrokinetic simulations and comparison with experiment
最近在JET的实验观察表明，离子温度剖面刚度降低的证据，假设是由于伴随的低磁剪切（S）和显着的环形旋转流剪切。非线性陀螺动力学模拟进行，旨在调查背后的观察的物理机制。进行了一组全面的模拟，比较不同的数据集内的各种参数对离子热通量的影响。这些参数包括q、s、转动、转动对磁流体力学（MHD）平衡的影响、R/L_n、β_e、Z_eff和快粒子含量。环向流剪切本身的影响是没有预测的模拟导致离子热通量的显着减少，由于流动剪切和显着的平行速度梯度不稳定的幅度不足。然而，它被发现，非线性电磁效应，由于热和快粒子的压力梯度，即使在低β_e，可以显着降低轮廓刚度。总共五个放电检查，在内外半径。对于所有的情况下研究，模拟和实验离子热通量值同意在合理的输入参数的变化范围内的实验不确定性。
2013-07-16 physics.plasm-ph
Nonlinear saturation of toroidal Alfven eigenmodes via nonlinear mode couplings
本文提出了聚变等离子体中环形Alfven本征模（TAE）饱和机制的非线性模耦合的回旋运动理论，包括：1）TAE参数衰减为低动模（LKTAE）和测地声模（GAM）; 2）通过离子诱导散射增强TAE与剪切Alfven波（SAW）的耦合。我们的理论表明，对于实际感兴趣的参数范围内的TAE饱和，具有可比散射截面的几个过程可以是同样重要的。
2018-10-12 physics.plasm-ph
Local momentum balance in electromagnetic gyrokinetic systems
本文用欧拉变分公式推导电磁陀螺动力学系统的局部动量平衡，阐明碰撞、外源、磁场对称性及微湍流压强张量对动量守恒与输运的作用。
2024-04-08 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
Comment on "Electromagnetic Global Gyrokinetic Simulation of Shear Alfven Wave Dynamics in Tokamak Plasmas" [Phys. Plasmas 14, 042503 (2007)]
这一评论澄清了最近发表的一篇文章[Phys.Plasmas 14，042503（2007）]中的研究与其他先前的出版物的关系，这些出版物解决了在回旋运动模拟中包含电磁和漂移动力学电子物理学，提出了与在具有磁剪切的系统中包含动力学电子有关的问题，并且讨论了在面对其中描述的算法的一般适用性的重要限制时的替代方案。
2007-10-26 physics.plasm-ph
On Magnetic Compression in Gyrokinetic Field Theory
本文在陀螺动力学场论中引入有限磁压缩效应，证明低β等离子体中曲率与grad-B漂移差及压缩性对电流散度的贡献在β阶内抵消，恢复线性气球模结论。
2024-05-29 physics.plasm-ph
Comparison of saturation rules used for gyrokinetic quasilinear transport modeling
本文基于实验H模参数和局域线性回旋动理学通量计算，比较三种环向模振幅饱和规则，发现其定性行为相似，并讨论与非线性模拟的对比。
2023-08-17 physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on toroidal Alfvén eigenmode nonlinear decay
该研究采用非线性回旋动理学方程分析非均匀等离子体中TAE参量衰变，揭示非均匀性增强耦合并改变自发衰变判据，同时探讨其对模式饱和与高能粒子输运的意义。
2024-01-15 physics.plasm-ph
High frequency mode generation by toroidal Alfven eigenmodes
用非线性回旋动力学理论分析了HL-2A装置上观测到的环形Alfven本征模（TAE）产生高频模的非线性过程。研究发现，当两个主TAE共传时，HFM可以由$|nq-m|=1$扰动主导，且理想磁流体动力学占主导地位;当两个主TAE反向传播时，HFM可以由$nq-m=0$静电扰动表征.这里，$n$和$m$分别是环向和极向模式数，$q$是安全系数。该非线性过程对器件的平衡磁几何形状敏感。
2019-05-17 physics.plasm-ph
Long-wavelength limit of gyrokinetics in a turbulent tokamak and its intrinsic ambipolarity
最近，静电陀螺运动的哈密顿量和坐标变化已经计算到一般磁几何中的$ε^2$阶。这里$ε$是回旋运动膨胀参数，即宏观尺度长度上的回旋半径。从这些结果出发，将回旋动力学Fokker-Planck方程和准中性方程的长波极限用于托卡马克几何。利用本文导出的方程组，可以计算分布函数和极向电场的长波长分量，达到$ε^2$阶。这些高阶部分包含了新古典和湍流的贡献，并构成了一个必要的成分（另一个是由短波长的组件，直到二阶），最终将进入一个完整的模型在低流量的托卡马克中的径向传输的环形角动量。最后，我们提供了一个明确的和详细的证明，系统组成的二阶回旋福克-普朗克和准中性方程留下的长波径向电场的不确定性，即湍流托卡马克是固有的双极。
2014-07-23 physics.plasm-ph
Reassessing the impact of megaelectronvolt ions in fusion plasmas via gyrokinetic simulations
通过回旋动理学模拟重新评估兆电子伏离子对聚变等离子体湍流抑制的影响，指出Mazzi等人结果因模拟分辨率不足而失真，修正后热导率显著增加，质疑其性能增强结论。
2023-06-19 physics.plasm-ph
On scattering and damping of Toroidal Alfven eigenmode by drift wave turbulence
我们分析表明，在环形等离子体中，漂移波湍流散射可能会导致明显的阻尼环形阿尔芬本征模通过产生短波长电子朗道阻尼动力阿尔芬波。相应的解析表达式的阻尼率的推导，并发现，通常，可比的高能粒子的线性驱动。本文还讨论了这一新机制对燃烧等离子体输运和加热过程的影响。
2022-04-21 physics.plasm-ph
Poloidal tilting symmetry of high order tokamak flux surface shaping in gyrokinetics
解析地证明了局域非线性$δf$陀螺动力学模型的极向倾斜对称性，并进行了数值验证。这种对称性表明，极向旋转的所有通量表面整形效果与大极向模式数由一个单一的倾斜角有一个指数小的影响托卡马克的输运性质。这是使用米勒局部平衡模型的推广，指定一个任意的通量表面的几何形状。在此几何条件下，我们发现，当在大通量表面整形模式数下进行扩展时，陀螺动力学的控制方程在高阶整形效应的极向倾斜上是对称的。这使我们能够从一个单一的配置，并计算在任何配置，可以通过倾斜的大模式数整形效果产生的通量。这就造成了具有镜像对称通量表面的托卡马克和没有镜像对称的托卡马克之间的区别，预计这将对使用上下不对称产生环向旋转产生重要影响。
2016-02-29 physics.plasm-ph
Electrostatic gyrokinetic simulation of global tokamak boundary plasma and the generation of nonlinear intermittent turbulence
边界等离子体物理在托卡马克约束中起着重要的作用，但由于磁分界线和开放磁场几何中尺度不可分的非定域多物理，使得回旋动力学程序难以模拟。中性粒子也是边界等离子体物理的重要组成部分。本文报道了用惰性静电回旋技术模拟磁通驱动的低β静电边界等离子体。回旋运动离子和漂移运动电子的利用没有新古典和湍流动力学之间的尺度分离。结果表明，非线性间歇湍流是边界等离子体中磁分界面附近和刮削层中的一种自然回旋运动现象。
2017-01-25 physics.plasm-ph
Effects of collisional ion orbit loss on tokamak radial electric field and toroidal rotation in an L-mode plasma
本文利用XGC模拟研究DIII-D L模等离子体中碰撞离子轨道损失，发现其使边缘径向电场向负方向移动，并驱动共电流方向的边缘环向旋转。
2023-03-28 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
Gyrokinetic Studies of Microinstabilities in the RFP
一个解析平衡，环面贝塞尔函数模型，被用来与gyrokinetic代码GYRO一起研究在反向场箍缩（RFP）等离子体中的微不稳定性的性质。研究了归一化电子等离子体压力β对微不稳定性特性的影响。当β值约为4.5%时，离子温度梯度（ITG）驱动模和微撕裂模之间的转变成为主要的不稳定性。ITG模的抑制发生在托卡马克中，通过耦合到剪切阿尔芬波，由于较短的并联长度，稳定性的临界β高于其托卡马克等效装置。有一个陡峭的依赖性的微撕裂增长率的温度梯度表明高轮廓刚度。有证据表明存在一种无碰撞的微撕裂模式。研究了该模式的性质，发现曲率漂移在该模式的不稳定性中起着重要作用。
2013-01-19 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
Role of wave-particle resonance in turbulent transport in toroidal plasmas
环形等离子体中的波粒相互作用是漂移波不稳定性驱动的微湍流的一种重要输运机制。在托卡马克装置中，不同的波粒共振条件对不同漂移波序中多组分的能量和粒子输运有重要影响。为了证实电子和离子在托卡马克漂移波不稳定性中的输运机制，利用回旋粒子模拟等离子体芯离子温度梯度（ITG）和无碰撞俘获电子模（CTEM）湍流，研究了波粒共振对湍流输运的影响.模拟结果表明，在CTEM和ITG湍流中，电子输运主要受波粒线性共振控制，离子输运主要受非线性波粒去相关控制。
2021-01-06 physics.plasm-ph
