Transition from fishbone mode to $β$-induced Alfvén eigenmode on HL-2A tokamak
在存在来自辅助加热和燃烧等离子体的高能粒子（EP）的情况下，鱼骨不稳定性和Alfvén模可以被激发，并且它们的跃迁可以在某些重叠区域发生。利用NIMROD程序中的混合动力学-磁流体动力学模型，我们在HL-2A装置的NBI加热等离子体中发现了鱼骨不稳定性和$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）之间的这种转变。当磁轴处的安全系数远小于1时，随着EP分数的增加，发生典型的扭结-鱼骨形转变。当$q_0$升高到接近1时，鱼骨模式被BAE取代，以获得足够量的EP。当$q_0$略高于1时，环形诱导的阿尔文本征模（TAE）在较低EP压力下占主导地位，而BAE在较高EP压力下占主导地位。
2021-03-18 physics.plasm-ph
Analysis of Alfven Eigenmodes destabilization by energetic particles in Large Helical Device using a Landau-closure model
在核聚变实验中，高能粒子布居可以通过反朗道阻尼和与剪切Alfv ' en连续介质中的隙模耦合来破坏Alfv' en本征模的稳定性.我们使用简化的MHD方程来描述一个完整的三维系统中的极向通量和涡度的环向分量的线性演化，再加上高能粒子的密度和平行速度矩方程。我们加入了朗道阻尼和共振失稳效应的封闭关系。我们应用该模型研究了大螺旋装置（LHD）内移位形中Alfven模的稳定性，在一系列实际数值下进行了参数分析，包括高能粒子$β$（$β_{f}$）、高能粒子热/Alfven速度比（$V_{th}/V_{A0}$）、磁Lundquist数（$S$）和环形模（$n$）.尽管$n = 3$和$n = 4$ TAE受到弱扰动，但$n = 1$和$n = 2$ TAE不稳定。最不稳定的配置与等离子体核心中高能粒子的密度梯度有关：即使对于小的高能粒子群，如果它们的热速度低于$0.4$乘以Alfven速度，TAE也会不稳定。在LHD中测得的MHD爆发的频率范围为$n=1$的$50-70$ kHz和$n=2$ TAE的$60-80$ kHz，与模型预测一致。
2017-04-05 physics.plasm-ph
Linear kinetic effects of core plasma on low frequency Alfven and acoustic eigenmodes in tokamaks
在广义鱼骨型色散关系的框架下，研究了核芯等离子体对$ω< ω_{BAE}$激发低频模式的共振和非共振效应，如β诱导的Alfvén声学本征模（BAAE）和动力学共振模（KBM）.鱼骨状方程的形式主义包含了所有必要的成分来描述这些低频波动的特征，并解释实验结果。核心等离子体的性质（反磁频率和进动共振与被困离子）强烈影响的模式的激发，并在BAAE的情况下更有效地比高能粒子。核心等离子体的抗磁频率也有助于BAAE与KBM的耦合，从而影响两种模式的激发和极化。高能粒子仍然可以为一些低频模式提供非共振驱动。
2022-04-20 physics.plasm-ph
High-order geodesic coupling of shear-Alfvén and acoustic continua in tokamaks
高阶等离子体成形（主要是伸长和移位，而不是低阶环），在一定条件下，打开间隙的耦合剪切阿尔文和声连续体的频率显着高于以前的理论预测的值。在这些间隙中的全球本征模，这之间的测地线声学模式（GAM）和环诱导阿尔芬本征模（TAE），发现不稳定的托卡马克操作的典型的热离子人口，而他们的基本共振与循环粒子的发生在附近的阿尔芬和声速的几何平均值的速度。因此，这样的本征模预计将被观察到附近的预测频率在操作托卡马克，发挥磁流体动力学光谱学以及在下一步聚变实验的稳定性仍然未被探索的作用。
2021-07-29 physics.plasm-ph
On the drift wave eigenmode crossing zero frequency in Tokamak
已知常规离子温度梯度或η_i模在离子抗磁方向上传播。对一般的热离子和绝热电子漂移流体模型的研究表明，当η i减小时，不稳定模的传播特性发生剧烈变化，模的频率首先减小，当η i达到临界值时，模的频率为零。当η_i进一步降低时，模开始沿电子反磁方向传播。较低的环形模数扰动更容易在传播方向上发生逆转。即使当η_i=0时，模仍然不稳定，从密度梯度中吸收自由能.由于有限的离子温度似乎是在电子方向上的传播是必不可少的，它是适当的，引入新的术语，并呼吁这种波的暖离子电子漂移（WIED）模式。在二维弱非对称气球理论（WABT）的框架内，对满足自然边界条件的本征模模型漂移波系统进行了研究。激发本征模过零频率背后的物理被确定为反应性不稳定性诱导的曲率耦合之间的正能量波和负能量波，在电子方向上的阻尼模式耦合到生长模式在离子方向上的非耗散板限制。除了其内在的科学价值，这一机制可能会揭示一些托卡马克边缘湍流的性质，观察到的频率略低于电子抗磁频率，了解这种现象可能有助于未来托卡马克边缘区域的概念设计。
2022-03-16 physics.plasm-ph
On Nonlinear Scattering of Drift Wave by Toroidal Alfven Eigenmode in Tokamak Plasmas
本文以电子漂移波为范例，解析研究了托卡马克等离子体中其与环向阿尔芬本征模的直接波-波相互作用，发现TAE非线性散射对eDW稳定性的净效应可忽略，与反向过程存在显著差异。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Analysis of Alfven Eigenmode destabilization in DIII-D high poloidal $β$ discharges using a Landau closure model
Alfven本征模在具有内部传输势垒（ITB）的高极向β放电中的瞬态β下降期间在DIII-D基座处不稳定，由n=1外部扭结模式驱动，导致高能粒子损失。在热β恢复阶段有两种不同的情况：有分叉（具有不同频率的两个不稳定分支）或没有分叉（单个不稳定分支）。我们使用简化的MHD方程在一个完整的3D系统，再加上方程的密度和平行的速度矩的高能粒子以及测地线声波动力学，研究的DIII-D高极向β放电中观察到的不稳定性的属性，并确定触发分叉的条件。模拟结果表明，在分叉情况下，低频不稳定性是在等离子体基座处驱动的气球模，而高频不稳定性分支是在基座附近的低n（n<4）Toroidal Alfven本征模。在非分叉的情况下，中间和等离子体外围之间的反向剪切区域避免了在基座处的气球模式的激发，尽管环形Alfven本征模和反向剪切Alfven本征模在反向剪切区域中是不稳定的。当中性束注入器（NBI）强度低于实验值（β f < 0.03）时，n=1和n=2的阿尔芬本征模活动可以被抑制或最小化。此外，如果束流能量或中性束注入器电压低于实验值（Vth，f /VA 0 < 0.2），则束流与热等离子体之间的共振较弱。对于n= 3，4，5和6的AE活动不能被完全抑制，尽管对于优化的中性束注入器操作制度，增长率和频率较小。总之，AE活动在高极向β放电可以最小化优化NBI操作制度。
2018-07-11 physics.plasm-ph
Analysis of Alfven Eigenmode destabilization in ITER using a Landau closure model
在中性束注入高能粒子（EP）和α粒子驱动的ITER放电过程中，阿尔芬本征模（AE）会发生失稳。本研究的目的是分析AE的稳定性，考虑到多种高能粒子物种的不同的ITER操作方案。我们使用简化的磁流体动力学（MHD）方程描述的线性演化的极向通量和涡度的环形分量在一个完整的3D系统中，再加上方程的密度和平行的速度矩的高能粒子物种，包括声学模式的影响。由NBI EP和α粒子驱动的AE在所分析的配置中是稳定的，只有具有大环形耦合的MHD样模式是不稳定的，尽管如果EP β增加到阈值以上，两者都可以不稳定。阈值是反向剪切情况下NBI EP和α粒子的模型β值的两倍，分别导致磁轴附近频率为25-35 kHz的β诱导AE（BAE）和反向剪切区域中频率为125-175 kHz的环形或椭圆形AE（TAE/EAE）的不稳定。另一方面，混合和稳态配置示出了相对于α粒子的模型β和NBI EP的40倍的阈值大3倍，也使内部和中间等离子体区域之间的BAE和TAE不稳定。此外，一个扩展的分析的反向剪切的情况下，α粒子和NBI EP的β都高于AE阈值，多EP阻尼效应也被确定，以及优化趋势的α粒子和NBI EP与散装等离子体的共振特性。
2019-06-12 physics.plasm-ph
Theory and Simulations of Compressional and Global Alfven Eigenmode Stability in Spherical Tokamaks
中子束驱动的亚回旋压缩（CAE）和全局（GAE）\Alfven本征模在NSTX（-U）和MAST等球形托卡马克中经常被激发，在常规纵横比托卡马克DIII-D上也观察到，在ITER燃烧等离子体中可能不稳定。他们的存在已被实验联系到异常平坦的电子温度分布在高束流功率在NSTX，潜在地限制聚变性能。因此，详细了解CAE/GAE激发对于预测（并最终控制）它们对等离子体约束的影响至关重要。为此，混合动力学MHD模拟的补充与分析研究的线性稳定性的CAE和GAE。微扰，局部解析理论已被用来获得新的不稳定性条件的CAEs/GAE驱动的现实中性束分布。一套全面的模拟NSTX类等离子体已经进行了广泛的束流参数，提供了丰富的信息，在球形托卡马克的CAE和GAE稳定性。线性模拟表明，激发的CAEs与GAE有一个复杂的依赖于快速离子注入速度和几何形状，定性描述的解析理论在本论文中发展。在模拟中发现了GAE的强高能粒子修饰，表明存在一种新型的高频高能粒子模式。理论的稳定性界限，模拟结果和实验测量之间的交叉验证显示出有利的协议不稳定的CAE和GAE光谱的依赖于快离子参数。分析结果准确地解释了最近的实验发现GAE稳定与少量的离轴光束注入NSTX-U，并建议在未来的实验中控制这些不稳定性的新技术。
2020-05-22 physics.plasm-ph
How eigenmode self-interaction affects zonal flows and convergence of tokamak core turbulence with toroidal system size
本研究探究托卡马克微湍流本征模自相互作用对带状流的影响，发现其除产生定常剪切层外还驱动涨落型带状流，且该驱动互不相关，随环向模增多（系统尺寸增大）剪切率降低，存在区别于剖面剪切的有限尺寸效应。
2020-08-02 physics.plasm-ph
Resonance frequency broadening of wave-particle interaction in tokamaks due to Alfvénic eigenmode
我们使用指导中心代码ORBIT来研究共振的加宽以及共振频率加宽宽度$ΔΩ$对波-粒子相互作用的非线性粒子捕获频率$ω_b$的参数依赖性，具体示例使用现实平衡DIII-D shot 159243（Collins等人，2016 Phys. Rev. Lett. 116 095001）。当模式振幅较小时，共振附近的高能粒子动力学的钟摆近似被发现是适用的，并且共振频率宽度与深陷反弹频率之比$ΔΩ/ω_b$等于4，正如理论预测的那样。第一次在实际不稳定条件下证明了这一系数4。结果表明，随着模振幅的增大，非线性摆近似的波粒相互作用被打破，系数$a=ΔΩ/ω_b$逐渐减小。
2017-11-17 physics.plasm-ph
Dependence of alpha-particle-driven Alfvén eigenmode linear stability on device magnetic field strength and consequences for next-generation tokamaks
最近提出的托卡马克概念使用远高于常规装置的高达12 T的磁场来减小尺寸和成本。理论和计算研究等离子体行为的趋势，随着场强的增加是至关重要的，这样提出的设备。本文考虑阿尔文本征模（AE）稳定性的趋势。高能粒子，包括来自D-T聚变的α粒子，可以使AE不稳定，可能导致α热量损失和设备损坏。通过共振、α粒子β和α轨道宽度的场依赖性，AE对器械磁场敏感。我们通过分析和使用最近开发的数值技术（Rodrigues et al. 2015 Nucl. Fusion 55 083003）描述了这些依赖性的起源和影响。这项工作表明，聚变产生的阿尔法粒子是亚阿尔夫文尼克或接近亚阿尔夫文尼克的高场机器可能会部分切断AE共振，降低AE的增长率和与它们相互作用的阿尔法粒子的能量。高场燃烧等离子体机制具有不可忽略的α粒子β和AE驱动，但是相对于具有类似功率密度的低场机器，由高电子密度提供的更快的减速时间和更高的场强度降低了这种驱动。在高磁场器件中，最不稳定模式的环形模式数往往更高。这项工作表明，高磁场设备具有独特的，潜在的优势，AE不稳定性在低和高密度。
2019-02-17 physics.plasm-ph
Excitation of low-n TAE instabilities by energetic particles in global gyrokinetic tokamak plasmas
首次对高能粒子激发超环面Alfven本征模（TAE）进行了线性全局电磁回旋粒子模拟。随着高能粒子压力的增加，TAE频率向下移动到较低的连续谱中。
2008-12-22 physics.plasm-ph
Hybrid simulations of sub-cyclotron compressional and global Alfvén Eigenmode stability in spherical tokamaks
为了研究束流驱动的亚回旋频率压缩（CAE）和全局（GAE）Alfvén本征模在宽束流参数范围内的稳定性，进行了一项全面的数值研究。在NSTX实验中，CAE和GAE的存在与高光束功率下的异常电子温度分布平坦化有关，这促使进一步研究其激发条件。线性模拟进行混合MHD动力学的初始值代码HYM，以捕捉一般多普勒频移回旋共振驱动的模式。在模拟中发现三种不同类型的模式-co-CAE，cntr-GAE和co-GAE-具有不同的光谱和稳定性。模拟结果表明，不稳定的GAE比不稳定的CAE更普遍存在，与实验观察一致，因为它们在较低的光束能量下被激发，并且通常具有较大的增长率。局部解析理论被用来解释模拟结果的关键特征，包括基于束注入几何形状的不同模式的优先激发和对束注入速度、临界速度和速度空间各向异性程度的增长率依赖。背景阻尼率是从模拟中推断出来的，并对模拟模型中不存在的相关源进行分析估计，这表明协同CAE比回旋共振驱动的模式更接近边缘稳定性。
2021-03-21 physics.plasm-ph
Study of the Alfven Eigenmodes stability in CFQS plasma using a Landau closure model
分析了我国第一个准轴对称仿星器（CFQS）中Alfven本征模（AE）的稳定性。AE稳定性的计算使用代码FAR 3d，解决了减少MHD方程描述的线性演化的极向通量和涡度的环向分量在一个完整的3D系统，再加上方程的密度和平行速度矩的高能粒子（EP）物种，包括螺旋耦合和声学模式的影响。通过给定的封闭关系，在模型中加入朗道阻尼和共振失稳效应。模拟结果表明，在慢化过程中，EP对n = 1 ~ 4个AE，特别是n = 1和n = 2个环形AE（TAE），n = 3个椭圆AE（EAE）和n = 4个非圆形AE（NAE）的不稳定性有明显的影响。如果共振是由能量高于17 keV的EP（弱热化EP）引起的，则n = 2个EAE和n = 3个NAE是不稳定的。另一方面，具有低于17 keV的能量的EP（后期热化阶段）导致n = 3和n = 4的TAE的不稳定。离轴NBI注入的模拟表明n = 2至4个AE的进一步不稳定，尽管n = 1个AE的增长率略微降低，因此没有识别出关于NBI沉积区域的明确优化趋势。此外，n = 2，4螺旋AE（HAE）在EP \b{eta}阈值以上不稳定。此外，如果模拟的热\b{eta}增加（更高的热等离子体密度），则等离子体的AE稳定性会提高。包括有限Larmor半径和电子-离子Landau阻尼的影响的模拟表明，稳定的n = 1至4的EAE/NAE以及增长率和频率的n = 1至…
2021-04-16 physics.plasm-ph
The shear Alfvén continuum with a magnetic island chain in tokamak plasmas
用理想磁流体力学（MHD）理论研究了单岛链托卡马克的剪切阿尔文连续谱。我们已经考虑到环形几何形状和环形模式耦合的岛屿被认为是一个高度成形的仿星器。由于其极轴和环轴的不对称性，各种新的频率间隙在岛内部打开，例如螺旋诱导的阿尔文本征模（MAE）间隙和螺旋诱导的阿尔文本征模（HAE）间隙。我们已经表明，MAE间隙作为外环形阿尔文本征模（TAE）间隙到岛的延续。然而，随着岛屿的增长，合并的TAE/MAE间隙变得越来越窄，只剩下其原始宽度的一半，中等岛屿大小高达小半径的3.2%。此外，二维本征函数的连续模式的下尖端的MAE间隙现在有高度本地化的结构周围的岛屿的长轴，相反，通常的振荡的全球解决方案发现没有或低水平的环形不对称性-一个迹象表明的连续谱变得离散和密集。这些结果的频率，模式结构和连续阻尼的全球TAE驻留在间隙的影响。
2022-11-22 physics.plasm-ph
Effects of plasma turbulence on the nonlinear evolution of magnetic island in tokamak
磁岛（MI）是由磁场重联引起的，是磁化等离子体中普遍存在的结构。在托卡马克等离子体中，最近的研究表明，MI和环境湍流之间的相互作用可能是重要的非线性MI的演变，但缺乏详细的实验观察和分析，阻碍了进一步的理解。在这里，我们提供了全面的二维观测，表明环境湍流的非线性MI演变的各种影响。结果表明，在托卡马克等离子体中，MI附近的修正等离子体湍流可以导致MI不稳定性的失稳或稳定。特别是，在MI的X点处的显著增强的湍流通过快速磁重联和磁场随机化导致剧烈破坏。
2020-05-07 physics.plasm-ph
NIMROD calculations of energetic particle driven toroidal Alfvén eigenmodes
环形阿尔芬本征模（TAE）是在没有连续介质阻尼的情况下，由托卡马克等离子体的环形性引起的间隙模。当高能粒子（EP）驱动超过其他阻尼时，它们可以被激发。本文研究了国际托卡马克物理活动（ITPA）提出的TAE基准案例。采用NIMROD程序中的混合动力学-MHD（HK-MHD）模型，对圆形大长径比托卡马克装置中电脉冲驱动的TAE线性增长进行了数值计算。该HK-MHD模型通过动量守恒方程的矩闭合将EP的delta f粒子单元（PIC）表示与体等离子体的3D MHD表示耦合起来。TAE的激发和它们向高能粒子模式（EPMs）的转变都被观察到。得到了EP密度、温度、密度梯度和最大相对密度梯度的位置对TAE的频率和增长率的影响，这与对初始Maxwell分布的EP的本征分析计算和Gyrokinetic模拟结果一致.在TAE间隙径向位置处，EP的相对压力梯度代表EP的驱动强度，可以强烈地影响TAE的生长速率。当EP分布的密度和温度超过一定阈值时，发生了从TAE到TAE的转变，模式结构发生了变化。
2017-08-18 physics.plasm-ph
Impact of plasma shaping on tokamak microstability
我们已经使用了本地$δ{f}$陀螺动力学代码GS 2进行研究的影响，通量表面成形两个高度成形，低和高$β$ JT-60 SA相关的平衡，包括一个成功的基准与GKV代码。我们发现了一种新的不稳定的静电波动与等离子体具有强烈的峰值压力分布的伸长率增加。我们解释的结果之间的竞争的局部磁剪切和有限拉莫尔半径（FLR）稳定。电磁研究表明，动力学气球模式是稳定的，由于FLR效应的敏感性增加，相对于离子温度梯度不稳定性增加的成形。然而，在足够高的$β$下，增加的伸长率降低了局部磁剪切稳定性，使得能够进入气胀第二稳定性区域。
2020-12-04 physics.plasm-ph
Results from the Alfvén Eigenmode Active Diagnostic during the 2019-2020 JET deuterium campaign
本文介绍了在2019-2020年氘活动期间JET托卡马克中Alfvén本征模主动诊断（AEAD）操作期间观察到的模式激发的广泛分析结果。八个环形间隔天线，每个独立的功率和相位，六个成功地在479等离子体中积极激发稳定的MHD模式。总共有4768个磁共振被多达14个快速磁探针检测到。在这项工作中，我们提出了计算的谐振频率$f_0$，阻尼率$γ< 0$，和环形模式数$n$，跨越参数范围$f_0 \approx$ 30 - 250 kHz，$-γ\approx$ 0 - 13 kHz，和$\vert n \vert \leq 30$。一般而言，共振频率与计算的环形Alfvén本征模频率之间以及AEAD应用的环形模数与激发共振的估计值之间存在良好的一致性。我们注意到数据库中的几个趋势：共振检测的概率随着等离子体电流和外部加热功率而降低;归一化阻尼率随着边缘安全因子而增加，但随着外部加热而降低。这些结果为准备未来的实验活动提供了关键信息，并在即将到来的DT活动期间更好地了解α粒子存在下Alfvén本征模的激发和阻尼物理，从而有信心地推断未来的托卡马克。
2020-07-18 physics.plasm-ph
Minimum-q induced alternation between infernal modes and EP-driven modes in advanced tokamak configurations
College of Sciences, Tianjin University of Science and Technology（天津科技大学理学院）
该研究针对含高能粒子的先进托卡马克构型，发现最小安全因子q_min变化会使主导不稳定性在反向剪切阿尔文本征模、高能粒子模与恶魔模间交替，且高能粒子beta分数会影响各模式稳定性，揭示了相关粒子驱动机制。
2026-08-18 physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of Shear Alfvén fluctuations in Divertor Tokamak Test facility plasmas
在分析了偏滤器托卡马克装置（DTT）等离子体中高能粒子（EPs）激发的剪切阿尔文涨落的线性谱之后[T. Wang等，等离子体25，062509（2018）]，在这项工作中，通过混合磁流体动力学-陀螺动力学模拟研究了相应模式饱和和波动诱导的EP传输的非线性动力学。对于DTT等离子体中心区由磁俘获EP旋进共振驱动的反向剪切Alfvén本征模，其饱和主要是由于共振俘获EP的径向退耦。与波-EP共振结构一致，EP传输以与模式宽度相似的尺度发生。另一方面，通过EP运输的详细分析了环形Alfvén本征模的外芯区域，模式驱动从通过和捕获的EP。结果表明，通过EP的经验只有弱的再分布在弱不稳定的情况下，和运输延伸到中尺度扩散的强不稳定的情况下，由于轨道随机性引起的共振重叠。这里，弱/强不稳定区域由共振重叠的奇里科夫条件确定。这项工作进一步阐明了丰富多样的非线性EP动力学燃烧等离子体的研究，以及DTT的能力，以解决这些关键的物理。
2018-10-12 physics.plasm-ph
Destabilization of temperature-gradient-driven plasma turbulence by equilibrium $\vec{E}\times \vec{B}$ flow shear
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)（英国原子能管理局）；Gridfire Inc.（Gridfire公司）
研究平衡态\(\vec{E}\times \vec{B}\)流剪切对等离子体湍流的影响，通过陀螺动力学模拟等方法，发现施加剪切会破坏自生带状流致输运上升，简化模型揭示原因，且球形托卡马克放电模拟表明环形旋转受热量注入限制。
2026-07-27 physics.plasm-ph
Microturbulence-mediated route for energetic ion transport and Alfvénic mode intermittency in tokamaks
我们报告的理论发现的新制度的阿尔文本征模（AE）诱导的快速离子输运在托卡马克等离子体中，微湍流起着调解人的作用的快速离子弛豫。库仑碰撞散射单独导致小的AE振幅，并没有重现实验中观察到的稳态制度。我们表明，在非线性制度的有效俯仰角散射由于微湍流可以导致稳态声发射振幅的演变。这表明了一种新的快速离子损失途径，这超出了“微湍流引起的高能离子输运在托卡马克中是不重要的”[D。C.佩斯等人，等离子体20（2013）056108]。因此，微湍流可以显着增加的幅度AE在预测模拟燃烧等离子体实验，如ITER。
2020-09-04 physics.plasm-ph
Parasitic Momentum Flux in the Tokamak Core
一个几何校正的E × B漂移导致向外通量的并流动量时，静电势能转移到离子平行流。鲁棒对称性破缺遵循相空间中的自由能流，并且不依赖于任何假设的线性本征模结构，既适用于轴对称波动（如测地线声学模式），也适用于更一般的非轴对称波动。由此产生的旋转峰是逆流的，并且随着电子温度超过等离子体电流而缩放。这种峰化机制只能在波动足够低频以激发离子平行流时起作用，这可以解释最近与旋转反转相关的一些实验观察。
2016-11-28 physics.plasm-ph
Gap eigenmode of radially localised helicon waves in a periodic structure
电磁解算器（EMS）[Chen等人，Phys.Plasmas，13，123507（2006）]被用来对哨声频率范围内的周期性结构中的光谱间隙和间隙本征模进行建模。考虑径向定域螺旋（RLH）模式[Breizman和Arefiev，Phys.Rev.Lett，84，3863（2000）]。我们表明，计算的间隙频率和间隙宽度与理论分析吻合良好，并找到一个离散的本征模内的间隙通过引入缺陷系统的周期性。带隙本征模的轴向波长接近于系统周期的两倍，这符合布拉格定律。这种本征模可以被高能电子激发，类似于托卡马克中高能离子对环形阿尔芬本征模（TAE）的激发。
2012-10-18 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
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
Drift kinetic theory of alpha transport by tokamak perturbations
即将进行的以氘和氚为燃料的托卡马克实验预计会有大量的α粒子。这些实验激发了人们对α粒子约束和输运理论的新的关注。一个关键的主题是α与托卡马克场扰动的相互作用，包括来自波纹和磁流体动力学模式（如阿尔文本征模）的扰动。这些扰动可以传输α，导致α加热的局部变化，α功率的损失以及对器件壁的损坏。α与这些微扰的相互作用经常用单粒子理论来研究。与此相反，我们推导出漂移动力学理论来计算由任意扰动频率和周期性引起的α热通量（只要这些可以被研究漂移动力学）。该理论的新特点包括保留了共振α碰撞边界层产生的大的有效碰撞频率，在许多极向过境的相关相互作用，和有限轨道效应。热通量被认为是波纹和环形Alfvén本征模（TAE）的例子。脉动热流较小。的TAE热通量是显着的，并与扰动幅度的平方缩放，允许推导模式振幅的约束，以避免显着的α损耗。一个简单的饱和条件表明，TAE在一个即将到来的实验中不会通过该理论中的机制引起显着的α传输。然而，饱和度高于简单条件所建议的水平，但在数值和实验经验范围内，这可能伴随着随机性的开始，可能会导致显着的传输。
2020-11-10 physics.plasm-ph
Measurements and modelling of fast-ion redistribution due to MHD instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
本文报道了各种MHD模式对MAST等离子体中NBI产生的快离子数的影响的综合研究结果。快离子再分布由于低频（20 - 50 kHz）啁啾高能粒子模式称为鱼骨，以及长寿命的内部扭结模式，观察与快离子氘α（FIDA）光谱仪和径向扫描准直中子相机。此外，强驱动的啁啾环形诱导阿尔芬本征模观察到快离子重新分配，锯齿和大的边缘局部模式。在每一种情况下，模式影响快离子的本征模结构和主环模数所管辖的区域的真实空间。建模使用全球运输分析代码TRANSP，与特设的异常扩散介绍，再现的粗功能的受影响的快离子分布在存在的能量粒子驱动的模式，但光谱和空间分辨FIDA测量表明，分布表现出结构上的一个更精细的规模比占这个模型。
2014-01-27 physics.plasm-ph
H-mode inhibition in negative triangularity tokamak reactor plasmas
高环模数不稳定性（$n$）气球模被认为是负三角形托卡马克平衡（$δ$）成形的主要梯度限制机制，当$δ\ll0$时，它阻止了进入强H模区。要了解这种机制如何外推到反应堆条件下，我们模型的无限$n$气球稳定性的内部配置文件和平衡形状的功能，使用的CHEASE和BALOO代码的组合。虽然观察到避免$2^\mathrm{nd}$对高$n$模式的稳定性所需的临界$δ$以复杂的方式取决于各种成形参数，包括平衡纵横比、伸长率和方形度，但具有负三角度的平衡被鲁棒地禁止进入$2^\mathrm{nd}$稳定性区域，从而提供了负三角度反应器应保持L模式样操作的预测。为了获得高$n$ $2^\mathrm{nd}$稳定性，整个不良曲率区域上的局部剪切必须足够负以克服低场侧的曲率不稳定。缩放的气球有限的基座高度提供作为等离子体参数的函数，以帮助未来的方案设计。
2022-04-26 physics.plasm-ph
A singular finite element technique for calculating continuum damping of Alfvén eigenmodes
连续共振引起的阻尼可以用无耗散的理想磁流体力学（MHD）来计算，只要适当地处理这些共振引起的极点。我们描述了一个奇异有限元技术计算连续阻尼的阿尔文波。阿Frobenius展开是用来确定适当的有限元基函数的内部区域周围的极点由于连续共振。由于连续共振和模式频率的极点的位置迭代计算使用伽辽金方法。用这种方法求出了大长径比圆形托卡马克中超环面诱导Alfvén本征模（TAE）的复频率和模结构，结果表明与复轮廓法十分吻合。
2014-11-26 physics.plasm-ph
Observation of Toroidal Alfven Eigenmodes during Minor Disruptions in Ohmic Plasmas
在SUNIST球形托卡马克装置上首次发现了在无辅助加热的纯欧姆加热等离子体中激发的环形Alfven本征模。TAE模式在轻微破坏期间观察到，频率范围为150-500 kHz。模式结构分析表明存在m/n=-3/-1和-4/-1谐波，在实验室参考系中沿电子抗磁方向传播。这些TAE出现的同时，在电流猝灭阶段的逃逸电子的产生，伴随着轻微的破坏过程中的密度扫描。这些TAE的可能的驱动机制和潜在的应用进行了讨论。
2016-12-13 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
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
Prediction of Nonlinear Evolution Character of Energetic-Particle-Driven Instabilities
提出了一个普遍的准则，并成功地预测了托卡马克等离子体实验中不稳定Alfvénic本征模啁啾振荡的出现。该模型包括现实的本征函数结构，详细的相空间依赖的不稳定驱动，随机散射和库仑阻力。随机散射结合了碰撞俯仰角散射和微湍流空间扩散的影响。后一种机制是必不可少的，以准确地识别固定频率模式的行为和快速啁啾之间的过渡，在托卡马克和解决的差距与啁啾观测球形和常规托卡马克。
2016-10-17 physics.plasm-ph
Structure of Micro-instabilities in Tokamak Plasmas: Stiff Transport or Plasma Eruptions?
本文给出了描述托卡马克等离子体微不稳定性的二维本征模方程的解，证明了模式结构和稳定性对等离子体剖面的敏感性。在参数空间的狭窄区域内，在特定的等离子体轮廓下，发现了托卡马克外侧气球的最大不稳定模式。这对应于气球模式的传统图片。然而，对于大多数配置文件，这种模式不能存在，而是一个更稳定的模式被发现，气球更接近等离子体的顶部或底部。良好的定量协议与1D气球分析被发现提供的约束与高阶轮廓的影响，往往被忽视，被考虑在内。从这个一般模式到更不稳定的气球模式的突然过渡可能发生临界流剪切，提供了一个候选模型，为什么一些实验观察到小等离子体爆发（边缘局部模式，或ELMs），而不是大的I型ELMs。
2014-09-04 physics.plasm-ph
Study of Alfven Eigenmodes stability in plasma with multiple NBI driven energetic particle specie
本研究的目的是分析多个高能粒子（EP）物种在DIII-D和LHD放电的阿尔芬本征模（AE）的不稳定。我们使用简化的MHD方程来描述一个完整的三维系统中的极向通量和涡度的环向分量的线性演化，再加上高能粒子种类的密度和平行速度矩的方程，包括声学模式，抗磁电流和螺旋耦合的影响。我们添加了朗道阻尼和共振不稳定的影响，使用封闭的关系。多个NBI线的模拟显示了三种不同的制度：非阻尼制度，其中多束AE的增长率是更大的增长率相比，不稳定的AE由个人NBI线，相互作用制度，其中多束AE的增长率是小于单个NBI AE和阻尼制度的AE被抑制。在阻尼状态下的操作需要具有不同密度分布平坦度或梯度位置的EP物质。此外，在相互作用制度的AE增长率进一步降低，如果组合NBI线具有相似的束流温度和更平坦的EP密度分布的NBI线的β增加。然后，在DIII-D高极向β和LHD低密度/磁场放电与多个NBI线，以及在阻尼和相互作用制度的配置要求，确定优化趋势。DIII-D模拟显示，在LHD病例中，n=2至6例AE增长率降低，n=1例AE稳定。在LHD模拟中的螺旋耦合效应导致从相互作用到n=2，8，12螺旋族的阻尼状态的过渡。
2019-06-12 physics.plasm-ph
Excitation of toroidal Alfvén eigenmode by energetic particles in DTT and effect of negative triangularity
本文开发线性回旋动力学本征值代码研究TAE稳定性，以作用角方法纳入粒子响应并采用气球模表示求解方程，应用于DTT参考平衡分析负三角变影响，发现其依主导机制可稳定或失稳TAE。
2025-08-20 physics.plasm-ph
Numerical study of transition between even and odd toroidal Alfvén eigenmodes on EAST
利用NIMROD程序实现的混合动力学MHD（HK-MHD）模型对EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）上高能粒子驱动的环面Alfvén本征模（TAE）进行了线性模拟。利用基于实验测量的EFIT程序重建了EAST平衡。采用“慢化”分布模型模拟了EAST上氘中性束注入的高能离子的平衡分布。本征值分析和NIMROD模拟的频率、主导极向模数、径向位置和详细的TAE/RSAE/TAE模式的二维模式结构是一致的。随着EP的$β$分数的增加，偶TAE和奇TAE之间的转变以及气球和反气球模式结构之间的转变发生。当EP的$β$分数接近转换阈值时，两种类型的TAE共存。
2019-05-06 physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: I. Ideal MHD and finite ion Larmor radius effects
在高β托卡马克等离子体的第二磁流体动力学（MHD）气球稳定区域中，理想MHD剪切Alfven波的Schroedinger方程具有与被困在压力梯度诱导势阱之间的驻波相对应的离散解。我们的目标是了解如何修改这些所谓的α-诱导环形阿尔芬本征模α-TAE的有限拉莫尔半径（FLR）和动力学压缩的热离子在无质量电子的限制的影响。在本文中，我们忽略了动力压缩，以隔离和详细检查的影响FLR条款。在回顾了理想MHD α-TAE的物理基础之后，利用参数扫描描述了FLR对薛定谔势、本征函数和本征值的影响。结果被用在一个配套文件，以确定在第二稳定域的波粒共振驱动的不稳定性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Nonlinear interplay of Alfven instabilities and energetic particles in tokamaks
高能粒子的约束是托卡马克等离子体有效加热的关键。等离子体不稳定性，如阿尔芬本征模（AE）可以重新分布的EP人口，使等离子体加热效率较低，并导致额外的负载上的墙壁。利用NEMORB项目中的全球回旋动力学粒子胞内程序ORB 5研究了环形诱导声发射（TAE）的非线性动力学。研究了由于波粒非线性引起的TAE和EP的非微扰非线性相互作用。特别是，我们专注于TAE的频率，增长率和径向结构的非线性修改，取决于EP分布在相空间中的演变。对于ITPA基准情况，我们发现当增长率减小时，频率增加，并且模式径向收缩。这种非线性演化被发现是正确地再现通过准线性模型，即一个模型，其中的非线性修改的EP分布函数的线性效应被保留。
2016-10-06 physics.plasm-ph
Analytic stability boundaries for compressional and global Alfvén eigenmodes driven by fast ions. II. Interaction via Landau resonance
净快离子驱动的条件来自束驱动，共同传播，亚回旋压缩（CAE）和全球（GAE）阿尔文本征模式驱动的朗道共振与超阿尔文快离子。近似适用于现实的中性束流分布和模式的特点，在球形托卡马克中观察到的，使这些模式的边际稳定性条件的推导。这样的条件成功地再现了从局部快速离子驱动/阻尼的精确表达式的数值积分中找到的稳定性边界。由于有限的$ω/ω_{ci}$和$k_\parallel/k_\perp$的色散CAE和GAE分支之间的耦合被保留，并发现是负责通过这种共振的GAE不稳定性的存在。令人鼓舞的协议之间的近似稳定性准则，模拟结果，和合作CAE的NSTX观测数据库。
2019-09-12 physics.plasm-ph
Reduced kinetic model for ion temperature gradient instability in tokamaks with reversed magnetic shear
该研究通过简化动力学模型揭示反磁旋度磁场下离子温度梯度不稳定性特性，提供连接解析模型与全局模拟的理论框架。
2025-11-10 physics.plasm-ph
ASCOT: solving the kinetic equation of minority particle species in tokamak plasmas
本文介绍了用蒙特卡罗方法求解托卡马克等离子体中快离子和杂质粒子动力学方程的方法。所描述的方法包括粒子和引导中心相空间中的哈密顿轨道跟踪，在库仑碰撞存在下应用随机微分方程的动力学方程的测试粒子或引导中心解，新经典撕裂模和Alfvén本征模作为与快离子相关的电磁扰动，以及与杂质研究相关的等离子体流和原子反应。应用的方法，一个完整的重新实施的完善的少数物种代码ASCOT进行作为响应的计算能力的增加，在过去的二十年中，弱结构的增长的代码，这使得实施额外的模型不切实际。此外，以前的代码和重新实现之间的基准完成，表现出良好的协议之间的代码。
2013-10-16 physics.plasm-ph
Self-consistent simulation of compressional Alfvén eigenmodes excited by runaway electrons
在实验中观察到托卡马克破裂电流猝灭（CQ）阶段的阿尔夫文模。在DIII-D中，这些模式的激发与高能逃逸电子的存在相关联，并且强模式激发通常与RE平台形成的失败相关联。在这项工作中，我们提出了自洽的动力学MHD模拟的RE驱动的压缩阿尔文本征模（CAE）在DIII-D中断的情况下，提供了一个解释的CQ模式。模拟结果表明，高能俘获RE通过其进动运动与Alfvén模发生共振，共振频率与RE能量成正比，模式频率及其与RE能量的关系与实验观察一致.模式扰动的磁场可以导致逃逸电子的空间扩散，包括非共振通过的电子，从而提供了一个潜在的方法来缓解逃逸电子的理论基础。
2023-03-07 physics.plasm-ph
Suppressed Stiffness of energetic particle transport due to thermal plasma nonlinearity in tokamak plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
通过全局回旋动理学模拟，发现热等离子体非线性效应可降低高能粒子输运刚度，改变模式饱和标度，对ITER等燃烧等离子体预测建模至关重要。
2026-06-15 physics.plasm-ph
Calculation of toroidal Alfvén eigenmode mode structure in general axisymmetric toroidal geometry
本文发展基于理想 MHD 的 FALCON 工作流程，在气球模空间耦合求解 SAW 与 ISW，并用于正、负三角变 DTT 平衡中的 TAE 频率、模结构及连续谱阻尼计算。
2024-04-09 physics.plasm-ph
Measurement of zero-frequency fluctuations generated by coupling between Alfven modes in the JET tokamak
本研究首次在JET托卡马克磁约束等离子体中实验观测到阿尔芬模泵浦产生的零频率涨落，证实其与阿尔芬模的三波耦合及带状模理论预测一致，可抑制湍流并整体提升等离子体约束性能。
2025-01-21 physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Stability and properties of electron-driven fishbones in tokamaks
在托卡马克中，磁流体动力学模式的稳定性可以通过高能粒子的数量来改变。在ITER类型的聚变反应堆中，这样的粒子群可以通过聚变反应或辅助加热产生。电子驱动的鱼骨模是由内部扭结模与高能电子的慢环向进动运动的共振相互作用引起的，并且在当今的电子回旋共振加热或低杂波电流驱动的托卡马克中经常观察到。在Tore Supra中，在LHCD供电的放电期间观察到电子驱动的鱼骨，其中创建了电子分布函数的高能量尾部。虽然这些模式的不稳定性与快速粒子群的存在有关，但观察到的模式频率低于预期。电子驱动鱼骨模的线性稳定性分析是本论文的主要内容。鱼骨色散关系的形式，占通过粒子的平行运动的共振条件的贡献。利用MIKE程序计算和求解了电子驱动鱼骨型光纤的色散关系。该代码成功地基准理论使用简单的分析分布。使用代码MIKE与参数分布和平衡，我们表明，几乎没有捕获和几乎没有通过电子共振的模式，可以驱动它不稳定。更深的捕获和通过电子对模式具有非共振效应，即分别稳定和不稳定。MIKE模拟使用完整的类ECRH分布函数表明，高能勉强通过电子可以有助于驱动模式不稳定在一个相对较低的频率。这一观察可以为理解Tore Supra实验提供一些见解。
2013-01-14 physics.plasm-ph
Shear Alfven wave continuous spectrum within magnetic islands
本文计算了磁岛分界线内剪切阿尔芬波连续谱的径向结构。几何效应由于磁通表面的截面的非圆性被保留到所有的订单。另一方面，我们只保留曲率效应对连续谱的低频部分中的β诱导能隙负责。模式与不同的螺旋度的磁岛被认为是。主要结果是，磁岛内部存在与托卡马克等离子体非常相似的连续谱，可以定义广义安全因子q，并形成宽的频率间隙，类似于托卡马克中椭圆度引起的Alfven本征模间隙。该间隙的存在是由于岛截面的强偏心率。这种差距的存在的重要性是公认的潜在托管磁岛诱导阿尔芬本征模（MiAE）。由于剪切阿尔芬波连续体的磁岛大小的频率依赖性，利用MiAE频率定标作为一种新的磁岛诊断的可能性进行了讨论。
2010-09-23 physics.plasm-ph
Theoretical and numerical studies of wave-packet propagation in tokamak plasmas
本文采用广义通量坐标，对波包传播进行了理论和数值研究，分析了托卡马克等离子体中静电涨落的时变二维模结构。该方法不直接求解二维波动方程，而是通过求解初始值问题来获得二维模式结构，跟踪源产生的波包的传播，重建时变场。作为应用，本文用二维WKB方法研究了托卡马克几何形状（伸长和三角形）对低杂波传播和吸收的影响。同时，采用模态结构分解（MSD）方法处理边界条件，将二维问题简化为两个嵌套的一维问题。MSD方法与Zonca和Chen [Phys.FluidsB5，3668（1993）]先前讨论的方法相关，并且简化为众所周知的“气球形式主义”[J. W. J.康纳河J. Hastie和J.B. Taylor，Phys. Rev. Lett. 40，396（1978）]，当应用空间尺度分离时。利用混合WKB-全波技术研究了时变二维静电ITG模结构。重建时变场图，由波包传播的时间渐近结构给出了二维本征模和相应的本征值。作为研究托卡马克等离子体中二维模式结构的一般方法，我们的方法也适用于具有一般源/汇项的电磁波，无论是通过内部/外部天线还是非线性波与带状结构的相互作用。
2011-11-20 physics.plasm-ph
Simultaneous measurements of unstable and stable Alfvén Eigenmodes in JET
本文报道了在JET托卡马克等离子体中同时测量到的不稳定和稳定的环形诱导阿尔文本征模（TAE）的新实验观察。采用三离子加热方案（D-DNBI-3 He）将氘核加速到MeV能量，从而使环形模数n = 3-5的TAE不稳定，每个模振幅减小。同时，Alfvén本征模有源诊断共振激发稳定的n = 6 TAE，总归一化阻尼率为$-γ/ω_0 \approx$ 1%-4%。混合动力学MHD建模与代码NOVA-K和MEGA都发现本征模式具有相似的频率，模式结构，和径向位置的实验。NOVA-K与n = 3、4和6 TAE表现出良好的一致性，在不确定性范围内匹配n = 6模式的阻尼率，并将辐射阻尼确定为主要贡献。改进的协议被发现与MEGA的所有模式：不稳定的n = 3-5和稳定的n = 2，6模式，与后两个稳定的较高的固有阻尼和较低的快速离子驱动，分别。虽然仍有一些差异有待解决，但这种独特的验证工作使我们对未来融合器械的TAE稳定性预测充满信心。
2022-08-09 physics.plasm-ph
