Zonal Flows and Electromagnetic Drift Wave Turbulence
三维，全球一致的通量管几何形状的托卡马克边缘湍流的详细计算显示抑制的标准方案中，由湍流产生的纬向ExB流应导致运输障碍的形成。通过与平板几何形状的比较和能量分析发现，纬向流能量通过测地曲率与压力的环形耦合而耗尽。边缘输运势垒则取决于新古典平衡的物理性质。
2002-08-06 physics.plasm-ph
Surface Waves in the paritally ionized solar plasma slab
研究了部分电离、不可压缩磁化等离子体板中表面波的性质。非理想磁流体效应使介质中的磁场产生有限漂移。当忽略磁场的有限漂移时，波在部分电离等离子体流体中的传播特性类似于理想MHD，只是现在的传播特性取决于介质的部分电离。在霍尔扩散的存在下，香肠和扭结表面波的传播依赖于介质的分数电离水平。当霍尔和彼得森扩散都存在于介质中时，波经历阻尼。对于典型的太阳参数，波可以在几分钟内衰减。
2013-09-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Full-$f$ gyrokinetic simulation of turbulence in a helical open-field-line plasma
采用静电五维回旋动力学连续介质模拟方法，研究了全坏曲率螺旋平板几何条件下，螺旋开场线等离子体中曲率驱动的湍流。在模型中使用了国家球形环实验刮除层等离子体的参数。等离子体斑点的形成和对流径向运输的观察，它表明，径向粒子运输水平是几倍高于扩散玻姆运输估计。通过减小极向磁场的强度，观察到偏滤器板的热通量的轮廓变宽。
2018-10-22 physics.plasm-ph
Two-fluid magnetic island dynamics in slab geometry: II - Islands interacting with resistive walls or static external resonant magnetic perturbations
本文用双流体漂移MHD理论研究了平板几何中传播磁岛与电阻壁或静态外磁场扰动相互作用的动力学行为。在这两种情况下，岛的运动方程被发现采取完全相同的形式所预测的单流体MHD理论。在卢瑟福岛宽演化方程中发现了三个独立的离子极化项。第一个是漂移MHD极化项为孤立的岛屿，是完全不受影响的相互作用与墙壁或磁扰动。其次，由于与壁的相互作用或磁扰动，这是由单流体MHD理论预测的极化项。最后，存在其他两个偏振项的混合。该术语的符号取决于许多因素。然而，在正常条件下，如果未受扰动的岛在离子抗磁方向上传播（在实验室中），则它是稳定的。框架），并不稳定，如果它在电子反磁方向传播。
2004-06-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of electric current generation in ion temperature gradient driven turbulence
在无碰撞极限下的陀螺动力学模拟展示了湍流驱动电流的物理机制和幅度。模拟结果显示了湍流驱动流的时空变化及其与雷诺应力和湍流加速度的关系。利用准中性方程的任意波长解，在有理曲面附近观察到湍流感应电流的精细结构（几个离子拉莫尔半径）。雷诺应力的发散在这些精细结构的产生中起着重要作用。所谓的“自发”电流的特点是在合理的表面附近具有大的局部幅度。
2021-10-27 physics.plasm-ph
Quasilinear analysis of the zonal flow back-reaction on ion-temperature-gradient mode turbulence
有强有力的证据支持离子温度梯度（ITG）模式湍流的纬向流抑制，特别是接近线性稳定性阈值。本文基于准线性理论推导了一个包含纬向流对ITG湍流反作用的修正色散关系，并对纬向流对ITG湍流的抑制作用进行了分析计算。结果表现在线性增长率的降低和有效线性ITG阈值的增加。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Energy exchange between electrons and ions driven by ITG-TEM turbulence
Graduate School of Frontier Science, The University of Tokyo（东京大学前沿科学研究生院）；National Institute for Fusion Science（日本核聚变科学研究所）；Department of Physics, Nagoya University（名古屋大学物理学系）
本文研究了ITG-TEM湍流中电子与离子能量交换机制，揭示了能量转移方向与熵平衡的关系，并提出了一种新的能量交换分析方法。
2025-12-17 physics.plasm-ph
A Scale-Separated Approach for Studying Coupled Ion and Electron Scale Turbulence
磁约束聚变装置中，由于电子-离子质量比$(m_e/m_i)^{1/2}$的平方根很小，导致离子和电子的热回旋半径和热速度不一致，从而导致等离子体湍流产生多个时空尺度。这种湍流，包括离子和电子时空尺度的直接模拟表明，这两个尺度之间可以有显着的相互作用。这些直接模拟的极端计算费用和复杂性激发了减少治疗的愿望。通过利用离子和电子尺度之间的尺度分离，并扩展的回旋动力学方程的湍流$(m_e/m_i)^{1/2}$，我们得到这样一个简化的系统的回旋动力学方程，描述跨尺度的相互作用。耦合gyrokinetic方程包含新的条款，提供候选机制所观察到的跨尺度相互作用。由于离子尺度分布函数中的梯度，电子尺度湍流经历修改的驱动，并且通过离子尺度$E \times B$漂移平流，其在平行于磁场线的方向上变化。在我们的$(m_e/m_i)^{1/2}$展开式中，离子标度方程中最大可能的交叉标度项是次主导项。因此，在我们的模型中，离子尺度的湍流演化独立于电子尺度的湍流。为了完成尺度分离的方法，我们提供和证明一个平行的边界条件的耦合gyrokinetic方程在轴对称平衡的基础上，标准的“扭曲和移位”的边界条件。这种方法允许人们使用嵌套在离子尺度通量管内的电子尺度通量管来模拟多尺度湍流。
2019-01-21 physics.plasm-ph
Critically balanced ion temperature gradient turbulence in fusion plasmas
导出了磁化环形等离子体中离子温度梯度驱动湍流的标度律，并与直接数值模拟进行了比较。预测的湍流波动幅度，空间尺度，以及由此产生的热通量对温度梯度和磁场线间距的依赖关系被发现同意与数值计算结果在驱动和惯性范围。证据提供支持的临界平衡猜想，平行流和非线性垂直去相关时间是可比的，在所有的空间尺度，导致平行和垂直的空间尺度之间的缩放关系。这表明，即使是强磁化等离子体湍流本质上是三维的。
2011-09-12 physics.plasm-ph
The ion-acoustic turbulence in the skin layer of the inductively coupled plasma
建立了感应耦合等离子体（ICP）表层非模态离子声不稳定性理论。这种不稳定性具有与时间相关的增长率，并且由在有质动力作用下电子相对于离子的加速运动在表层中形成的电流驱动。结果表明，离子声湍流（IAT）在皮肤层中的发展以及IAT对电子的散射是皮肤层非线性吸收射频能量的基本非线性通道。
2020-12-28 physics.plasm-ph
Renormalized theory of the ion cyclotron turbulence in magnetic field--aligned plasma shear flow
本文给出了在磁场取向等离子体剪切流中剪切流修正电流驱动离子回旋不稳定性和剪切流驱动离子回旋动力学不稳定性的非线性演化的解析处理。基于非线性色散方程进行了分析，该方程考虑了等离子体湍流和剪切流的新组合效应。它包括在湍流散射的剪切流的离子与它们的对流剪切流，并在增强的非线性加宽的离子回旋共振的结果。这种效应导致离子回旋不稳定性的饱和以及非线性剪切流驱动的离子回旋不稳定性的发展。52.35.Ra
2008-10-02 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
Ion temperature gradient turbulence in helical and axisymmetric RFP plasmas
利用回旋动力学方法研究了反向场箍缩装置中螺旋和轴对称等离子体状态下离子温度梯度（ITG）引起的湍流。系统地比较了两种磁配置，线性和非线性，以评估几何形状的不稳定性和随之而来的运输，以及生产的纬向流的影响。尽管其增强的限制，高电流螺旋状态表现出较低的ITG稳定性阈值相比，轴对称状态，和ITG湍流预计将成为一个重要的贡献者的总热传输。
2015-05-19 physics.plasm-ph
Mean sheared flow and parallel ion motion effects on zonal flow generation in ion-temperature-gradient mode turbulence
本文研究了在离子温度梯度（ITG）背景湍流中剪切平均流与带状流（ZF）的直接相互作用以及平行离子运动对ZF产生的影响。本文建立了剪切平均流与纬向流直接相互作用的分析模型。用于环形ITG驱动模式的模型是基于离子连续性，离子温度和平行离子运动的方程，而ZF演变描述的涡度方程。在典型的托卡马克参数下，研究了ZF增长率和实际频率的行为。结果表明，在一般的纬向流增长率被抑制的剪切平均流的存在。此外，随着平行离子运动效应，随着$η_i (= L_n/L_{Ti})$值的增加，ZF变得更加振荡。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Energy exchange between electrons and ions in ion temperature gradient turbulence
本研究通过回旋动力学模拟揭示ITG湍流总是将能量由离子转移给电子，并验证准线性模型可预测该能量交换及粒子、热通量。
2024-06-17 physics.plasm-ph
Effects of parallel ion motion on zonal flow generation in ion-temperature-gradient mode turbulence
研究了离子温度梯度（ITG）模式湍流中平行离子运动对带状流产生的作用，重点研究了声学模式和环向度对带状流的影响。在Columbia Linear Machine（CLM）[Phys. Plasmas { \bf 13} 055905（2006）]中的实验中发现的带状流对ITG湍流的弱抑制的一个可能原因可能是由于实验中的小环形度（$ε_n = 2L_n/R$）。纬向流通常直接依赖于ITG模式以及纬向流与声学模式的耦合，因此直接受到相关参数的任何变化的影响。该模型由ITG湍流的连续性方程、温度方程和平行离子动量方程组成。用Hasegawa-Mima型方程描述纬向流的时间演化，导出了五阶纬向流频散关系。结果解释的纬向流的质量，即，增长率与实际频率之比（$Q = Ω^{IM}/Ω^{RE}$）。结果表明，随着环度的减小，纬向流的质量迅速下降。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Ion-scale turbulence in MAST: anomalous transport, subcritical transitions, and comparison to BES measurements
我们调查的影响，改变离子温度梯度（ITG）和环形平衡尺度剪切流的离子尺度的湍流在MAST的外核通过本地gyrokinetic模拟。我们表明，非线性模拟再现实验离子热通量和ITG和流动剪切的实验测量值位于接近湍流阈值。我们证明了该系统是亚临界存在的流动剪切，即，该系统在形式上对小扰动是稳定的，但在给定足够大的初始扰动时，该系统过渡到湍流状态。我们建议，过渡到亚临界湍流发生通过一个中间状态占主导地位的低数量的相干长寿命的结构，接近阈值，这增加了系统的数量从阈值到更强的湍流制度，直到他们填补了域和一个更传统的湍流出现。我们表明，湍流的属性是有效的函数的距离阈值，量化的离子热通量。我们使用MAST BES诊断我们的模拟和实验测量之间的相关长度，时间和幅度进行定量比较。我们发现合理的协议的相关性，最显着的相关时间，其中显着的差异被发现在以前的数值研究MAST湍流。
2017-08-01 physics.plasm-ph
Ion Kinetics and Neutron Generation Associated with Electromagnetic Turbulence in Laboratory-scale Counter-streaming Plasmas
本研究利用高阶隐式粒子模拟代码，定量揭示实验室尺度对撞等离子体中电磁湍流对离子动力学的影响机制，解释了非磁化实验结果，磁化场景结论可通过现有实验验证。
2024-03-12 physics.plasm-ph
Vlasov simulation of laser-driven shock acceleration and ion turbulence
本文采用Vlasov方法，即动力学欧拉方法，模拟研究了强激光与过密等离子体相互作用激发的非线性无碰撞离子声激波和孤子。Vlasov代码的使用避免了低粒子统计的问题，并允许验证粒子在细胞中的结果。为了保证相对论区域的电荷守恒，对Vlasov方程的数值积分分裂法进行了一个简单的修正。我们表明，离子分布的影响，在激光等离子体相互作用表面产生的相对论性的“快”电子束驱动的湍流的发展。这导致在冲击波前的离子反射的发病在一个最初的冷等离子体中，只有孤子的解决方案，没有离子反射预计传播。我们给出了一个简单的分析模型来描述的湍流的发病作为一个非线性耦合的离子密度与快速电子流，考虑到相对论电子束的脉冲性质。
2016-01-06 physics.plasm-ph
Comparison of BES measurements of ion-scale turbulence with direct, gyrokinetic simulations of MAST L-mode plasmas
利用束发射谱（BES）二维成像诊断技术，在巨型球形托卡马克（MAST）上观测到相对振幅dn_e/n_e <= 0.2%的离子尺度（k_y*rho_i <= 1）密度湍流。这种湍流的空间和时间特征，即，通过相关分析确定了密度等值线的振幅、相关时间、径向和垂直相关长度以及表观相速度。对于一个低密度，L-模式放电与强平衡流剪切表现出的内部传输障碍（ITB）的离子通道，所观察到的湍流特性进行了比较，从全球，非线性，陀螺动力学模拟使用粒子在细胞（PIC）代码NEMORB所产生的合成密度湍流数据。这一验证工作突出表明需要包括日益复杂的物理学，例如，捕获电子的动力学处理、平衡流剪切和碰撞，以再现所观察到的湍流的大部分特征。即便如此，仍然存在显着的差异：低估的湍流amplituide和热通量在等离子体外围的模拟和发现，数值模拟的湍流的相关时间通常是两个数量级长于MAST中测量的。这些相关时间与各种线性时间尺度的比较表明，虽然测得的湍流很强，可能是“临界平衡”，模拟湍流是弱的。
2014-01-07 physics.plasm-ph
Role of Helium-Hydrogen ratio on energetic interchange mode behaviour and its effect on ion temperature and micro-turbulence in LHD
在大螺旋装置中，高能粒子模式的变化被观察到作为He浓度变化的离子ITB型实验中，具有恒定的电子密度和输入加热功率，但在He丰富的放电中心离子温度的明显增加。这种活动由突发但阻尼的能量交换模式组成（EIC，X Du等人，物理修订版信函114 p.155003（2015）），其发生率在富He放电中显著降低。讨论了驱动和阻尼模式随He浓度变化的机制。这些EIC爆发包括径向电场的显著变化，该径向电场是从用2D相衬成像（PCI）系统测量的湍流的相速度导出的。在边缘快速离子诊断中检测到类似的突发。通过陀螺玻姆缩放的离子热传输被认为是对离子温度变化的贡献，尽管通过这些EIC模式的快速离子损失也可能对离子温度对He浓度的依赖性有贡献，最特别的是控制$T_{i}$轮廓中的“边缘基座”的高度。快离子的稳态水平示出为较大的富氦放电的基础上，一个紧凑的中性粒子分析仪（CNPA），和快离子成分的抗磁性存储的能量。这些事件也对湍流和运输产生影响。在这些事件期间产生的大速度剪切引起的瞬态改善约束和抑制湍流，并具有更大的净效应时，突发更频繁的氢放电。这正好抵消了氢气中增加的陀螺-玻姆相关湍流驱动，这导致氢气中的时间平均湍流水平与氦气中相同。
2018-02-06 physics.plasm-ph
Suppression of vortical turbulence in plasma of mass-separator in crossed electrical and magnetic fields due to finite lifetime of electrons and ions and due to finite system length
考虑纵向不均匀性和等离子体电子、离子离开系统的有限时间，导出了描述在径向电场和轴向磁场交叉作用下圆柱形等离子体中涡旋湍流激发不稳定性发展的色散方程。结果表明，系统时间的有限长度和等离子体电子和离子离开系统的有限时间导致不稳定性阈值的出现和不稳定性发展的增长率的降低。
2020-01-24 physics.plasm-ph
Electron heating in a current-driven turbulence as a result of nonlinear interaction of electron- and ion-acoustic waves
我们研究了无碰撞电流驱动湍流中由于电子和离子声波之间的非线性相互作用引起的电子加热。PIC模拟结果表明，由于电子和离子的平均速度相差很大，Buneman不稳定性激发了大振幅的离子声波，强烈地改变了电子速度分布函数，导致二次不稳定性产生快速的电子声波，并在此过程中最终产生一个巨大的电子空穴.这个巨大的电子空穴负责由于相混合而产生的强电子加热。数值模拟结果与以前的观察结果是一致的，并提供洞察的关键过程负责电子加热和非线性波的产生在无碰撞电流驱动的不稳定性。
2022-08-01 physics.plasm-ph
Isotopic dependence of impurity transport driven by ion temperature gradient turbulence
利用回旋动力学理论研究了离子温度梯度（ITG）湍流驱动下氢离子质量效应，即同位素效应对杂质输运的影响。对于非痕量杂质，从氢（H）到氘（D），再到氚（T）等离子体，发现较低（较高）电离杂质或较轻（较重）杂质的向外通量减小（增加），尽管ITG线性生长速率的同位素依赖性较弱。这主要是由于向外（向内）对流的减少，而扩散的同位素依赖性相对较弱。此外，同位素效应减少（增强）完全电离的碳（C6+）的杂质通量较弱（较强）的磁剪切。在微量杂质限制下，发现同位素效应减少了高Z钨（W）的积累。此外，同位素效应对痕量高Z钨峰化因子的影响随磁剪切的增强而增强。
2016-10-18 physics.plasm-ph
Finite Gyroradius Corrections in the Theory of Perpendicular Diffusion, 1. Suppressed Velocity Diffusion
等离子体物理、空间科学和天体物理中的一个基本问题是高能粒子与随机磁场相互作用的输运问题。特别是粒子在大尺度磁场中的运动很难用解析法描述。然而，近年来，由于统一的非线性输运理论的发展，已经取得了进展，该理论可以用来描述高能粒子的磁场线扩散以及垂直扩散。后一种理论与不同的独立进行的测试粒子模拟非常吻合。然而，该理论仍然基于不同的近似和假设。在目前的文章中，我们考虑到粒子运动的有限回转半径，并计算在不同的渐近极限的校正扩展的理论。我们考虑不同的湍流模型作为例子，如平板模型，嘈杂的平板湍流，和二维模型。而平板湍流没有有限的回转半径修正，垂直扩散系数在其他两种情况下降低。本文所研究的问题也与非线性扩散理论中的参数a^2有关。
2015-06-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparison of multi-scale analysis models applied to zonal flow generation in ion-temperature-gradient mode turbulence
在过去的几年里，对多尺度相互作用问题的理解有了显着增加。然而，目前存在一系列不同的分析模型来研究多尺度相互作用，并且几乎没有对这些模型进行任何具体的比较。在这项工作中，两种不同的模式产生的纬向流离子温度梯度（ITG）背景湍流进行了讨论和比较。所用的方法是相干模耦合模型和波动方程模型（WKE）。结果表明，这两个模型给出定性相同的结果，即使在（WKE）的方法中使用的频谱差异的假设。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Understanding nonlinear saturation in zonal-flow-dominated ion temperature gradient turbulence
提出了一个环形磁化等离子体中离子温度梯度驱动湍流的定量模型。在该模型中，湍流由带状流调节，即模式饱和由带状流介导的能量级联（“剪切”）发生，并且带状流振幅由非线性衰减控制。我们的模型通过数值模拟进行了详细测试，以确认其假设和预测都得到满足。主要结果包括：（1）非线性纬向流响应对线性不稳定性能量含量的敏感性，（2）在高温梯度下纬向流调节饱和的持续性，（3）根据二次和三次不稳定性对非线性饱和过程的物理解释，以及（4）根据无量纲参数对热通量的依赖性。
2015-03-06 physics.plasm-ph
Multiscale turbulence in stellarators
本研究首次模拟仿星器W7-X中的多尺度湍流，发现ETG湍流与离子尺度湍流及带状流相互作用，跨尺度效应显著影响输运预测。
2025-08-08 physics.plasm-ph
A comparison of weak-turbulence and PIC simulations of weak electron-beam plasma interaction
准线性理论长期以来被用来处理弱电子束与等离子体相互作用产生朗缪尔波的问题。它的扩展到弱湍流理论治疗共振相互作用的这些朗缪尔波与其他等离子体波模式，特别是离子声波。这些在等离子体中被强烈地阻尼，等离子体的离子和电子温度相等，例如，有时在日冕和风中看到。在弱阻尼极限下导出了弱湍流理论，并加入了描述离子-声波阻尼的项。在本文中，我们使用EPOCH粒子在细胞代码数值测试弱湍流理论的电子-离子温度比的范围。我们发现，在冷离子的限制，结果吻合良好，但增加离子温度的三波共振成为扩大成比例的离子声波阻尼率。这可能是重要的，例如，太阳射电爆发的理论，其中朗缪尔波的频谱是关键。此外，我们建立的模拟粒子的数量的下限需要准确地再现电子和波的分布在其饱和状态，并再现其中间状态和时间演化。
2014-12-01 physics.plasm-ph
Compressible Turbulence as a Source of Particle Beams and Ion Bernstein Waves in Collisionless Plasmas
Universität Potsdam（波茨坦大学）；Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY)（德国电子同步辐射中心）
通过高分辨率粒子云模拟，研究可压缩湍流如何通过渡越时间阻尼产生超热电子和质子束，并在亚离子尺度激发离子伯恩斯坦波，揭示其在无碰撞等离子体湍流中驱动跨尺度能量传输和动能耗散的核心作用。
2026-05-22 physics.plasm-ph
Destabilization mechanism of the collisional microtearing mode in magnetized slab plasmas
本文结合理论分析与含综合碰撞模型的回旋动理学模拟，阐明电子温度梯度驱动的碰撞微撕裂模因平行感应电场滞后而失稳，并定量刻画其不稳定区及非线性磁重联特征。
2023-04-25 physics.plasm-ph
On the nonlinear stability of a quasi-two-dimensional drift kinetic model for ion temperature gradient turbulence
我们研究了准二维静电漂移动力学系统作为近边缘离子温度梯度（ITG）驱动的湍流模型。在线性稳定的条件下，证明了该系统的非线性稳定性.这个证明是使用对角化的线性动力学，也与非线性$E\times B$平流交换变换。对于线性不稳定存在的情况下，一个推论，发现禁止非线性能量转移之间的适当定义的稳定和不稳定的模式。据推测，这可以解释非线性陀螺动力学模拟中的线性本征模的保存。基于此属性，降维（$\infty\times\infty \rightarrow 1$）系统的推导，可能是有用的理解周围的迪米特临界梯度的动力学。
2015-04-15 physics.plasm-ph
ALLIANCE: Spectral solver for kinetic plasma turbulence
本文介绍ALLIANCE代码，用于求解四维电磁漂移动理学方程，采用Fourier-Laguerre-Hermite光谱形式和伪光谱方法，适用于天体物理等离子体湍流级联研究，并完成了验证与基准测试。
2023-09-09 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
Intrinsic parallel rotation drive by electromagnetic ion temperature gradient turbulence
利用电磁回旋理论，对平行流的准线性本征驱动（包括平行残余应力、动应力、交叉Maxwell应力以及由电磁离子温度梯度（ITG）湍流引起的平行湍流加速）进行了解析计算。与通常的残余应力一样，动应力和横向麦克斯韦应力也通过它们的发散进入平均平行流速方程。沿总磁场（包括平衡磁场和脉动径向磁场）的离子压力梯度驱动的湍流加速不能写成应力发散，而应视为局部源/汇。所有这些项都可以提供内在的平行旋转驱动。电磁效应使非共振静电应力减小甚至逆转，而共振静电应力增强。非共振和共振湍流加速项也被电磁效应增强。我们的实验观测结果的可能影响进行了讨论。
2016-11-17 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
Drift Wave versus Interchange Turbulence in Tokamak Geometry: Linear versus Nonlinear Mode Structure
本文通过三维托卡马克通量管的计算，研究了一般E-cross-B漂移湍流中漂移波与交换物理的竞争。对于一组给定的背景尺度，参数空间可以覆盖的等离子体β和漂移波碰撞。在足够大的等离子体β湍流爆发成理想的气球模式和饱和，只有通过耗尽自由能的背景压力梯度。在高碰撞，它发现一个更渐进的过渡到电阻气球。在中等β和碰撞，它保留漂移波的字符，定性相同的简单的二维板模型。其根本原因是非线性涡度平流，通过这种非线性涡度平流，自持漂移波湍流取代了线性不稳定性，在线性不稳定性增长之前将它们分散开，从而将其自身的物理特性强加于动力学。这种涡度平流催化梯度驱动，而饱和仅通过压力扰动的湍流混合发生。这种情况持续在整个托卡马克边缘参数空间。本文讨论了简化的等温模型和完全的温离子模型。
2002-07-31 physics.plasm-ph
Generation of sub-ion scale magnetic holes from electron shear flow instabilities in plasma turbulence
本研究通过全动力学二维等离子体湍流模拟，揭示了地球磁鞘环境中亚离子尺度磁洞由电子剪切流经电子开尔文-亥姆霍兹不稳定性生成的机制，其特征与观测及过往研究相符。
2023-06-09 physics.plasm-ph
The effect of background flow shear on gyrokinetic turbulence in the cold ion limit
冷离子限制的本地gyrokinetic模型严格采取产生一个非线性系统的流体方程，其中包括背景流剪切。不需要流体闭合。通过考虑一个简单的磁漂移板的几何形状，但没有磁剪切，这些流体方程减少到Charney-Hasegawa-Mima模型中存在的流动剪切。该模型的解析解被发现，以研究ExB流剪切对单个平行速度梯度（PVG）驱动模式的稳定性的影响。此外，该模型被用来调查的基本三模式的非线性耦合，揭示了纬向和非纬向模式之间的差异的背景ExB流剪切的效果。这些分析结果与陀螺动力学模拟一致，可以作为基准的流动剪切和非线性耦合的数值实现。
2019-03-26 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
Heating of solar chromosphere by electromagnetic wave absorption in a plasma slab model
在等离子体平板模型的框架下，研究了太阳色球网间区域通过吸收光球黑体辐射产生的电磁波加热的问题。吸收由电子-中性碰撞提供，其中电子在EM波场中振荡并且电子-中性碰撞阻尼EM波。由于等离子体微湍流的碰撞截面的不确定性，它示出，对于合理的物理参数，在色球层中的电磁波的吸收所产生的加热通量之间的$20 - 45$ %的色球层辐射损失通量的要求。它还建立了碰撞截面，$5 \times 10^{-18}$ m $^{2}$，产生1990 W m $^{-2}$的最大热通量有一个最佳值。
2011-04-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic microtearing modes and reconnecting modes in strongly magnetised slab plasmas
在板状磁化等离子体中的线性微撕裂模式的问题，其连接到动力学重连模式，解决。电子被描述使用一种新的混合流体动力学模型，捕获电子加热，离子是gyrokinetic。磁重联可以是电子传导性和惯性的结果，取决于哪一个占主导地位。与以前的工作不同，我们避免在碰撞算子模型中使用与能量相关的碰撞频率。一个模型的电子电导率，弱碰撞制度相匹配的精确朗道结果在零碰撞，并给出正确的电子等温响应远离重联区域。我们确定在打破常数- $A_{\parallel}$近似的必要条件微撕裂不稳定的碰撞制度。与碰撞非等温（或半碰撞）和无碰撞撕裂宇称电子温度梯度驱动（ETG）模式的理论的连接进行了阐述。
2014-11-20 physics.plasm-ph
Ion Diffusion and Acceleration in Plasma Turbulence
粒子传输、加速和激发是空间和实验室等离子体中非常重要的现象。尽管经过多年的研究，仍然缺乏对这些影响的准确理论描述。验证模型与自洽，动力学模拟代表了今天的一个新的挑战，弱碰撞，湍流等离子体的描述。我们进行二维（2D）混合粒子模拟的稳态湍流研究扩散和加速的过程。所选择的等离子体参数允许跨越不同的系统，从太阳日冕到太阳风，从地球的磁鞘到约束装置。为了描述离子扩散，我们采用了非线性引导中心（NLGC）理论的二维情况。最后，我们研究了相干结构对粒子激励和加速的局部影响：电流片起着重要的作用，如果离子拉莫尔半径的顺序电流片的大小。这种类似共振的过程导致违反磁矩守恒，最终增强了速度空间扩散。
2018-03-26 physics.plasm-ph
High-beta runaway transitions in a fluid model of electromagnetic ion-temperature-gradient turbulence
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
基于回旋动理学推导出最小流体模型，研究等离子体beta超过临界值时湍流从带状流主导转变为径向细长流管态的机制，发现雷诺应力被麦克斯韦应力和抗磁应力压倒时发生转变，并得到应力比与beta和ITG的幂律标度。
2026-06-03 physics.plasm-ph
The physics of a small-scale tearing mode in collisionless slab plasmas
微撕裂模是由撕裂宇称电子温度梯度驱动的等离子体不稳定性，它导致磁通量表面的精细尺度撕裂，从而导致磁场线重联和磁岛的形成。在平板几何形状，它以前已经表明，驱动机制需要一个有限的碰撞频率。然而，我们发现在线性回旋动力学模拟中，一个无碰撞的精细尺度撕裂宇称不稳定性存在，即使在低和零碰撞频率。详细的研究表明，这些板模式也驱动的电子温度梯度，但电子有限拉莫尔半径的影响是敏感的，并有一个径向波数远小于副正规波数，这是可比的离子拉莫尔半径。此外，它们甚至存在于静电极限中，电磁效应实际上对这种无碰撞撕裂模式具有稳定影响。分析模型表明，这种无碰撞的小尺度撕裂模式与撕裂宇称平板电子温度梯度（ETG）模式一致，这可能比经常研究的扭曲宇称ETG模式更不稳定。这种小尺度的撕裂宇称模式可以导致磁岛，这反过来又会影响磁化等离子体中的湍流输运。
2020-05-14 physics.plasm-ph
Experimental Signatures of Critically Balanced Turbulence in MAST
用束发射光谱（BES）测量MAST托卡马克中离子尺度密度涨落，结果表明，湍流关联时间、与离子温度或密度梯度相关的漂移时间、粒子（离子）沿磁场的流动时间和磁漂移时间具有一致的可比性，表明湍流是由局部平衡决定的.由此产生的缩放的极向和径向相关长度的推导和测试。由密度涨落推断的非线性时间比其它时间长，它与相关时间的比例为$ν_{*i}^{-0.8\pm0.1}$，其中$ν_{*i}=$离子碰撞率/流率。这是一致的湍流去相关控制的纬向分量，不可见的BES，振幅超过漂移波的$\sim ν_{*i}^{-0.8}$。
2012-08-29 physics.plasm-ph
Trajectory trapping and the evolution of drift turbulence beyond the quasilinear stage
湍流磁化等离子体的测试模式进行了研究，考虑到离子捕获的特点，在背景湍流的E × B漂移。我们发现，陷阱提供了形成大尺度的潜在结构（逆级联）在漂移湍流中观察到的物理机制。结合势与反磁速度的运动的捕获确定了在相反方向上的离子流，这降低了生长速率并最终抑制了漂移模式。它还确定了过渡的带状流动模式与压缩性的影响，由于偏振漂移的背景湍流。
2012-09-10 physics.plasm-ph
Quasilinear Evolution of Kinetic Alfven Wave Turbulence and Perpendicular Ion Heating in the Solar Wind
本文利用在湍流太阳风等离子体中测得的动力学阿尔芬波动谱计算了由准线性扩散引起的电子和离子分布函数。修正的离子分布函数被发现是不稳定的长波长电磁离子回旋波。这些波的俯仰角将平行离子的速度分散成垂直的速度，从而有效地提高了垂直离子的温度。
2011-04-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Analysis of Winske-Daughton 3D Electromagnetic Particle Simulation of Ion Ring Generated Lower Hybrid Turbulence
使用电磁粒子-单元模拟，Winske和Daughton [Phys Plasmas，19，072109，2012]最近证明了由冷离子环束引发的波湍流的非线性演化在三维中与二维中有很大不同。我们进一步分析了Winske-Daughton三维模拟数据，表明热等离子体粒子的非线性诱导散射对于理解模拟中描述的低混杂波/哨声波湍流的演化至关重要。
2012-11-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
Zonal flow generation in ion temperature gradient mode turbulence
本文研究了考虑伸长效应的环形离子温度梯度（ITG）模式湍流中的带状流（ZF）增长率。典型的托卡马克参数值与等离子体参数的ZF增长的缩放检查。用于环形ITG驱动模式的物理模型是基于离子连续性和离子温度方程，而ZF演变描述的涡度方程。结果表明，一个大的ZF增长被发现接近边缘的稳定性和峰值的密度分布，这些影响可能会增强伸长。
2009-01-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Spacetime Hall-MHD turbulence at sub-ion scales: structures or waves?
利用快速迭代滤波技术研究了中等等离子体$β=2$中二维霍尔-磁流体动力学湍流的时空特性。结果表明，在亚离子尺度的磁能集中在扰动频率小于离子回旋（IC）的频率和偏振特性是不兼容的动力学阿尔文波（KAWs）和IC波。在更高的频率，我们清楚地确定了哨声波和KAWs的签名，但他们的能量贡献的磁功率谱是可以忽略不计的。我们的结论是，在亚离子尺度的二维霍尔-MHD湍流的动力学主要是由本地化的间歇结构，没有显着的贡献的波动。
2021-07-08 physics.plasm-ph physics.space-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
Alfven Wave Turbulence and Perpendicular Ion Temperatures in Coronal Holes
当湍流振幅足够大时，低频阿尔芬波湍流导致离子轨迹变得混乱或“随机”。随机轨道使离子能够从湍流中吸收能量，即使当波动频率太小而无法发生回旋共振时，也会增加垂直离子温度。在本文中，一个解析表达式的随机加热率结合观测约束湍流模型得到的解析公式的垂直离子温度作为日心距离r，离子质量和离子电荷的函数在冕洞的r值之间的2和15太阳半径（Rs）。得到的温度分布提供了一个很好的适合质子和OVI离子在2Rs < r < 3Rs的紫外电晕光谱仪（UNOPS）的观察。随机加热也提供了一个自然的解释几个详细的特征的UVI观测，包括优先和各向异性加热的次要离子，快速径向增加的OVI温度之间的1.6 Rs和1.9 Rs，和突然平坦的OVI温度曲线r增加超过1.9 Rs。
2010-06-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence in Magnetic Reconnection Jets from Injection to Sub-Ion Scales
本研究利用磁层多尺度航天器数据探究地球磁尾磁重联喷流湍流，揭示了有限惯性区特征、多尺度能量级联规律及亚离子尺度涨落性质，测得迄今空间等离子体中最高的跨惯性区能量传递率。
2024-01-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
