Gyrokinetic simulations of the tearing instability
线性陀螺动力学模拟涵盖碰撞-碰撞撕裂不稳定性的过渡制度。它示出的增长率缩放与碰撞同意以及由双流体理论预测的低等离子体β的情况下，离子动力学动力学可以忽略不计。电子波粒子相互作用（朗道阻尼），有限拉莫尔半径，和其他动力学效应无效的流体理论在无碰撞制度，其中一个一般的非多方状态方程的压力（温度）扰动应考虑。我们还改变了背景离子的比例，电子温度，并表明，从现有的计算预期的缩放可以恢复，但只有在非常低的β的限制。
2011-07-28 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 physics.plasm-ph
Collisionless Reconnection in the Large Guide Field Regime: Gyrokinetic Versus Particle-in-Cell Simulations
首次验证了大导场$B_g / δB_0 \gg 1$的结果，给出了聚变磁重联的陀螺动力学模拟和日冕磁场重联相关的$β_i = 0.01$和太阳风磁场重联相关的$β_i = 1$，其中$δB_0$是重联场。粒子单元（PIC）模拟扫描宽范围的引导磁场强度，以测试收敛到陀螺极限。陀螺动力学模拟显示出高度的形态对称性，PIC模拟收敛时，$β_i B_g / δB_0 \gtrsim 1$和$B_g / δB_0 \gg 1$。在政权的收敛，重联率，相对能量转换，和整体的幅度被发现之间的PIC和gyrokinetic模拟匹配良好，这意味着gyrokinetic是能够作出准确的预测，以及在其制度的正式适用性。这些结果表明，在大的引导场限制许多量所产生的非线性演化的重联尺度线性与引导场。
2014-02-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparison of local and global gyrokinetic calculations of collisionless zonal flow damping in quasi-symmetric stellarators
本文在准对称仿星器中比较了磁通管、磁通面和全体积三种几何下的纬向流无碰撞阻尼计算，揭示了局部计算在中等径向波数下可准确再现全体积残余，但小径向波数时振荡与阻尼时间尺度偏长。
2021-03-13 physics.plasm-ph
On the electromagnetic effects of collisionless trapped-electron modes
University of Colorado at Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
提出无碰撞捕获电子模的线性陀螺动力学理论，发现其弱电磁效应源于粒子动力学，理论分析表明捕获电子平行电流的动力学和类流体分量在主导阶抵消，电磁CTEM中扰动平行电流由通过电子主导。
2026-07-07 physics.plasm-ph
Diagnosing collisionless energy transfer using field-particle correlations: gyrokinetic turbulence
确定从弱碰撞磁化等离子体中的湍流波动中提取能量的物理机制对于更完整地表征各种空间和天体物理等离子体的行为是必要的。由于湍流的复杂性质以及观测限制，这种确定是复杂的，主要是这种等离子体的现场测量通常只能在空间中的单个点进行。最近的工作表明，电场和粒子速度分布之间的相关性，从单点测量构建产生的无碰撞阻尼机制的速度依赖的签名。我们扩展这项工作，通过构建场粒子的相关性，使用数据集从单点在强驱动，湍流，电磁gyrokinetic模拟证明，这种技术可以识别在这样的系统中运行的无碰撞机制。的相关性的速度空间结构与预期的共振机制转移能量碰撞湍流系统。这项工作的最终应用激励场粒子相关性的航天器测量在太阳风，最终目标是确定的物理机制，消散磁化等离子体湍流。
2017-05-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparison of MHD and gyrokinetic simulations of linear instabilities at the q = 1 surface
本文比较了回旋动理学和 MHD 代码对托卡马克核心内部扭曲模和无碰撞撕裂模的模拟，发现通过合理设置参数两者在描述内部扭曲模时可达成一致，但无碰撞撕裂模需超越 MHD 的高级处理。
2025-10-14 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
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
Simulating Gyrokinetic Microinstabilities in Stellarator Geometry with GS2
本文将非线性陀螺动力学程序GS 2推广到处理非轴对称仿星器几何问题。允许电磁扰动和多个捕获粒子区域。在这里，线性，无碰撞，静电模拟准轴对称，三场周期国家紧凑型仿星器实验（NCSX）设计QAS 3-C82已成功地对本征值代码FULL基准。定量分析表明，GS 2和FULL的线性稳定性计算值在~ 10%范围内一致。
2011-09-21 physics.plasm-ph
Gyrokinetic particle-in-cell simulations of electromagnetic turbulence in the presence of fast particles and global modes
本文利用回旋粒子格子程序ORB 5（E. Lanti等人，Comp.Phys.Comm.，${\bf 251}$，107072（2020））和EUTERPE（V.Kornilov等人，Phys.Plasmas，${\bf 11}$，3196（2004））。模拟这种复杂的耦合系统的计算可行性证明。
2022-03-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the nonlinear interaction of Alfvén instabilities and energetic-particle driven geodesic acoustic modes
本研究基于ASDEX Upgrade真实平衡位形，用ORB5代码开展陀螺动力学模拟，探究高能粒子驱动的阿尔芬模与测地声模带状结构的非线性相互作用，发现两种浓度区间的不稳定特性差异，并通过三波耦合机制给出理论解释。
2021-03-05 physics.plasm-ph
On the linear stability of collisionless microtearing modes
微撕裂模是当今聚变等离子体中湍流热输运的重要驱动力。我们调查他们的线性稳定性非常低的碰撞制度下，预计下一代设备，使用gyrokinetic和漂移动力学的方法。与目前的意见不一致，我们表明，碰撞微撕裂不稳定性可能会发生在某些实验条件下，特别是相关的设备，如反向场箍缩和球形托卡马克。
2013-03-18 physics.plasm-ph
Short waves and cyclotron losses in the relativistic gyrokinetic theory
本文用协变回旋理论描述了相对论性光学薄等离子体中带电粒子运动的辐射阻尼。它涉及到无碰撞单粒子动力学的描述，以及弗拉索夫和麦克斯韦方程组都写在协变公式。由于刘维尔定理的条件失效，阻尼导致对粒子相空间轨迹的修正，以及对动力学方程本身的形式的修正。这两种效应的结果都与陀螺相位无关，陀螺相位被保留为可解释的变量。此外，还将协变陀螺动力学理论的适用范围扩展到零平行电场背景下的短波长扰动。该理论适用于描述磁化，相对论，碰撞等离子体的背景下，天体物理或实验室的问题。非uniquenes的gyrokinetic表示及其后果进行了讨论。
2004-08-30 physics.class-ph physics.plasm-ph
Collisionless microinstabilities in stellarators II - numerical simulations
微不稳定性表现出丰富多样的行为在仿星器由于在磁几何的许多自由度。最近发现，某些仿星器（具有最大$J$几何形状的准等动力仿星器）对捕获粒子不稳定性具有部分弹性，因为快速反弹的粒子倾向于从接近边缘稳定性的这些模式中提取能量。在现实中，仿星器从来都不是完美的准等动力，因此出现了一个问题，即它们是否仍然受益于增强的稳定性。在这里，Wendelstein 7-X和一个更准的等动力学配置，QIPC的稳定性进行了数值研究，并与国家紧凑型仿星器实验（NCSX）和DIII-D托卡马克进行了比较。在gyrokinetic模拟中，进行与gyrokinetic代码GENE在静电和无碰撞近似，离子温度梯度模式，陷阱电子模式和混合型不稳定性进行了研究。Wendelstein 7-X和QIPC在所有包括动力学电子的模拟中表现出显著降低的增长率，并且后者确实被发现在能量预算中保持稳定。这些结果表明，不完全优化的仿星器可以保留大部分的稳定性能预测完美的最大$J$配置。
2013-11-14 physics.plasm-ph
Resolving velocity space dynamics in continuum gyrokinetics
许多天体物理和聚变团体感兴趣的等离子体是弱碰撞的。在这样的等离子体中，小尺度可以在粒子速度的分布中发展，潜在地影响可观测的量，例如湍流通量。因此，在陀螺动力学仿真中有必要监控速度空间分辨率。在本文中，我们提出了一套计算有效的诊断测量速度空间分辨率的陀螺动力学模拟，并将其应用到一系列的等离子体物理现象使用连续体陀螺动力学代码GS 2。对于这里考虑的情况下，它被发现，使用的碰撞性或低于实验值允许等离子体动力学的分辨率与相对较少的速度空间网格点。此外，我们描述了一个自适应的碰撞频率，可用于提高速度空间分辨率的碰撞制度，其中的结果预计是独立的碰撞频率的实现。
2009-07-25 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the damping channels of Alfvén modes in ASDEX Upgrade
托卡马克中能量粒子驱动的Alfvénic不稳定性的线性失稳和非线性饱和强烈依赖于阻尼通道。在这项工作中，无碰撞阻尼机制的Alfvénic模式进行了研究的陀螺框架内，通过全球模拟与粒子在细胞代码ORB 5，并与本征值代码LIGKA和简化模型进行比较。特别是，连续阻尼和朗道阻尼（离子和电子）被认为是。电子朗道阻尼被发现是占主导地位的离子朗道阻尼实验相关的情况下。作为应用，对ASDEX Upgrade中由超环面引起的Alfvén本征模和能量粒子驱动模的线性和非线性动力学进行了理论研究，并与实验测量结果进行了比较.
2019-10-31 physics.plasm-ph
Chasing Hamiltonian structure in gyrokinetic theory
在碰撞和无碰撞陀螺动力学理论中，我们研究并揭示了哈密顿结构。提出了一种新的无碰撞电磁理论的哈密顿公式，非常适合在现代超级计算机上实现。用于揭示这种结构的方法进行了详细描述，并应用到一些例子中，其中几个著名的等离子体模型被赋予的哈密顿结构的第一次。提出了全F碰撞陀螺动力学的第一个能量和动量守恒公式。为了更深层次地理解这一结果的理论基础，提出了一种\emph{stochastic}哈密顿建模方法，并将其应用于俯仰角散射。有趣的是，由哈密顿方法产生的碰撞算符等于洛伦兹算符加上高阶项，但并不完全守恒能量。相反，经典的洛伦兹碰撞算符在随机意义上可证明不是哈密顿算符。
2015-09-13 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Double adiabatic theory of collisionless geodesic acoustic modes in tokamaks
在大安全系数q的情况下，超音速托卡马克中的无碰撞测地线声模的CGL（G。咀嚼，M。Goldberger，F. Low，1956）1双绝热流体闭合被应用于制定这些模式的理论。得到了基本线性简正模。外部手段来驱动这些模式的共振，如前所述，进行了探讨。考虑的外部驱动程序包括外部磁力影响通量表面位移，以及非轴对称离子加热。最后，这些模式的阻尼从碰撞磁泵的研究使用CGL碰撞校正方程组的模型。
2011-09-01 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Theory of Linear Gravitational Flute Interchanges with Flow Shear Stabilization
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Institute for Research in Electronics & Applied Physics, University of Maryland, College Park（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Gridfire Inc（Gridfire公司）
发展无碰撞静电回旋动理论，研究速度剪切如何通过增加垂直波数稳定平板几何中的线性引力槽交换不稳定性，并比较磁流体动力学模型和GX回旋动代码。
2026-09-03 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
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
Collisionless microinstabilities in stellarators. IV. The ion-driven trapped-electron mode
优化的仿星器和其他磁约束装置具有平均磁曲率对所有粒子轨道都有利的特性，被称为最大$J$装置，最近已被证明不受密度梯度驱动的捕获粒子不稳定性的影响。然而，回旋动力学模拟表明，另一种不稳定性可能会出现，这也与粒子捕获，但导致较少的运输比典型的陷阱电子模式。这种不稳定性的性质在这里得到澄清。它被证明是类似于托卡马克中的“无处不在的模式”，是由离子自由能驱动，但需要被捕获的电子存在。
2017-08-14 physics.plasm-ph
Neoclassical and gyrokinetic analysis of time-dependent helium transport experiments on MAST
在兆安球形托卡马克（MAST）上进行了L模式两点等离子体电流扫描和900 kA约束扫描的时间相关氦喷气实验。由电荷交换引起的He II谱线的评估表明，在两个L-模式等离子体的外部区域中的扩散和向内对流的异常速率。在H模式等离子体中发现了类似的扩散速率，然而这些速率与新古典预测一致。在L模等离子体核中发现的异常向内箍缩在H模核中也不明显。线性gyrokinetic模拟的一个通量表面在L-模式使用的GS 2和GKW代码发现，平衡流剪切足以稳定ITG模式，与北京谱仪的观测结果一致，并建议碰撞TEM可能占主导地位的异常氦粒子运输。与TEM相关的无量纲峰因子的准线性估计与实验符合得很好。无碰撞TEM在H模式下更稳定，因为电子密度梯度更平坦。因此，这个梯度的陡度是决定向内的新古典粒子箍缩和TEM湍流相关的粒子通量的关键。
2014-09-03 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
Moment-Based Approach to the Flux-Tube linear Gyrokinetic Model
本工作报告的发展和数值实现的线性电磁gyrokinetic（GK）模型在托卡马克磁通管几何形状的基础上扩展的扰动分布函数的速度空间厄米-拉盖尔多项式的基础上使用的矩方法。一个层次的方程的展开系数，称为陀螺力矩（GM），推导。我们验证的GM层次结构的数值实现在无碰撞的限制进行比较与连续GK代码基因，恢复离子温度梯度的线性特性，被困电子，动力学气球，和微撕裂模式，以及无碰撞阻尼的纬向流。目前的调查揭示了GM的方法来描述精细的速度空间尺度结构附近出现的捕获和通过边界和动力学效应与平行和垂直粒子漂移的能力。此外，碰撞的影响进行了研究，使用先进的碰撞算子，包括GK库仑碰撞算子。主要的研究结果是，所需的GM的数量收敛减少等离子体碰撞和压力梯度驱动的模式，如在H-模式基座区域，驱动的不稳定性相比，被困粒子和磁梯度漂移经常发现的核心。近似经常用于模拟碰撞（相对于GK库仑算子）的准确性进行了研究，碰撞算子模型之间的差异，增加碰撞性和电子温度梯度的情况下，TEM。目前的线性分析表明，GM方法有效地描述了等离子体动力学的托卡马克边界的典型参数，范围从低碰撞香蕉H-模式的高碰撞Pfirsch-Schlüter条件。
2022-10-11 physics.plasm-ph
Gyrokinetic flux-driven simulations in mixed TEM/ITG regime using a delta-f PIC scheme with evolving background
本文提出将delta-f粒子云网格方法中的固定背景分布改为时间演化的麦克斯韦分布，以解决长时间通量驱动回旋动理学模拟中剖面显著演化导致的delta-f假设失效问题，在保持低采样噪声的同时以更少标记粒子获得数值收敛的准稳态结果。
2024-08-05 physics.plasm-ph
Predicting the Dimits shift through reduced mode tertiary instability analysis in a strongly driven gyrokinetic fluid limit
三级不稳定性被认为是重要的管理磁化等离子体湍流的条件下，强纬向流的产生，近边缘稳定。在这项工作中，我们调查其作用的碰撞强烈驱动的流体模型，自洽地推导出作为限制的陀螺动力学。它被发现，存在一个区域的绝对稳定的线性阈值以上，超过显着的非线性传输迅速发展。虽然在此范围内的一个复杂的模式的瞬态纬向演变之前，观察到一个稳定的配置文件被发现，迪米特过渡本身被发现符合第三不稳定阈值，只要包括线性效应。通过一个简单且易于扩展的程序，将其起源追溯到St-Onge 2017（arXiv：1704.05406），可以近似典型带状剖面的稳定效果，并且发现伴随的简化模式估计与非线性模拟吻合良好。
2021-08-09 physics.plasm-ph
Second stability region for gyrokinetics and the L-H transition
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（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）
本文研究了双稳定性区域在线性磁流体动力学平衡模式中的存在，表明在等离子体进入H模式时，bootstrap电流和Shafranov位移改变磁场，导致等离子体进入该区域。通过模拟更现实的磁场几何结构，展示了从L模式到H模式的碰撞less电离层湍流输运显著降低，这是由于bootstrap电流降低全局磁旋度和压力梯度改变局部磁旋度所致。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Schrödinger equations and fluctuation theorems for collisionless plasma systems
National Institute for Fusion Science（日本核聚变科学研究所）
将无碰撞等离子体系统（线性Vlasov-Poisson和线性回旋动力学系统）的方程转化为薛定谔形式，利用时间反演对称性和随机相对熵建立涨落定理，并推导了随机相对熵的概率密度函数。
2026-10-07 physics.plasm-ph
Geodesic extended modes in low magnetic shear tokamaks and stellarators
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究低磁旋度下托卡马克和星形箍缩中测地扩展模的物理机制，提出新的微不稳定性理论，结合非绝热电子和离子物理，通过多尺度展开推导gyrokinetic方程，验证于gyrokinetic模拟。
2026-09-29 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
Evidence of "Two Plasmon" decay of energetic particle induced geodesic acoustic mode
利用非线性回旋动力学理论研究了LHD实验中观测到的高能粒子诱导测地声学模（EGAM）的二次低频模产生。研究发现，在低碰撞等离子体中，EGAM频率可以显著高于局域测地声学模（GAM）频率，并且当其频率接近两倍GAM频率时，EGAM可以衰减为两个GAM，其衰减过程类似于著名的双等离子体振子衰减不稳定性.本文还讨论了这一过程发生的条件。
2021-03-17 physics.plasm-ph
Local Gyrokinetic Collisional Theory of the Ion-Temperature Gradient Mode
本文研究了离子温度梯度（ITG）模的线性性质，其中碰撞模型由线性化的回旋运动（GK）库仑碰撞算符（Frei et al. 2021）在局部极限下模拟。这项研究是基于厄米-拉盖尔多项式扩展的扰动离子分布函数的线性化GK玻尔兹曼方程，产生一个层次的耦合方程的膨胀系数，称为陀螺力矩。我们探讨分析的碰撞和高碰撞的限制的陀螺力矩的层次。参数扫描显示的ITG增长率的依赖性的碰撞性的报告，在小尺度上的碰撞性的增加，表现出较强的阻尼。这些属性进行了比较与预测的基础上的Sugama，动量守恒的俯仰角散射，赫什曼-西格玛-克拉克，和Daughthorn碰撞运营商。有限Larmor半径（FLR）项在碰撞算子的重要性是指出了一个短波长（SW）ITG分支时，碰撞FLR项被忽略的外观，这个分支被完全抑制碰撞FLR效应。我们表明，能量扩散是重要的，在高碰撞性和小尺度的长度，在这项工作中考虑的碰撞运营商，GK Sugama碰撞运营商产量，在一般情况下，最小的偏差ITG增长率相比，GK库仑碰撞运营商。陀螺力矩法的收敛性研究报告。
2022-01-11 physics.plasm-ph
Intrinsic rotation drive by collisionless trapped electron mode turbulence
利用回旋运动理论，对静电无碰撞俘获电子模（CTEM）湍流驱动的平行残余应力和平行湍流加速度进行了解析计算。准线性结果表明，平行的残余应力对正向磁剪切和湍流强度剖面的同向旋转贡献了一个向外增大的通量。这可能引起固有的逆流旋转或并流旋转轮廓的平坦化。CTEM湍流驱动的平行湍流加速消失，由于密度波动和离子压力波动之间没有相移。这与离子温度梯度（ITG）湍流的情况不同，对于ITG湍流，湍流加速可以为正常的磁剪切和湍流强度轮廓向外增加提供并流驱动。预测其数量级与残余应力发散的数量级相同[Lu Wang and P.H. Diamond，Phys. Rev. Lett. { \bf 110}，265006（2013）]。这些理论结果的实验观测的电子回旋加热效应的环形旋转的可能连接进行了讨论。
2016-04-08 physics.plasm-ph
Collisionless zonal-flow dynamics in quasisymmetric stellarators
研究准对称仿星器对环向密度扰动的无碰撞响应，推导了Rosenbluth-Hinton剩余流几何因子的解析表达式，并通过GTC代码验证，揭示了仿星器几何参数与湍流输运水平的潜在关联。
2024-12-15 physics.plasm-ph
Nonlinear generation of global zonal structures in gyrokinetic simulations of TCV and ASDEX Upgrade magnetic configurations
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；De Vinci Higher Education, De Vinci Research Center（德芬奇高等教育，德芬奇研究中心）；Institute of Physics, University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学物理研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Swiss Plasma Center（洛桑联邦理工学院，瑞士等离子体中心）
本文通过gyrokinetic模拟研究了非线性生成全球环向结构在TCV和ASDEX Upgrade磁约束配置中的作用机制。
2026-03-09 physics.plasm-ph
On Zero Frequency Zonal Flow and Second Harmonic Generation by Finite Amplitude Energetic Particle Induced Geodesic Acoustic Mode
利用非线性回旋动力学理论研究了有限振幅高能粒子感生测地声学模（EGAM）的非线性自相互作用。结果表明，有限振幅EGAM可以驱动零频纬向流（ZFZF）和二次谐波，高能粒子（EPs）通过有限轨道宽度效应在非线性耦合中起主导作用.对于ZFZF，EPs对EGAM非线性自耦合的影响占主导地位的热等离子体也存在，而二次谐波产生只能通过有限振幅耦合通过EPs。我们的研究结果可能会提高稳定纬向模式的理解，因此，漂移波湍流。
2017-03-05 physics.plasm-ph
An analytical form of the dispersion function for local linear gyrokinetics in a curved magnetic field
本文推导弯曲非均匀磁场下线性回旋动力学速度空间积分的解析闭式解，用等离子体色散函数表达，并通过极限检验、数值对比及ITG不稳定性示例验证其有效性。
2023-01-16 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Short Wavelength Geodesic Acoustic Mode Excitation by Energetic Particles
以短程线声模（GAM）的无碰撞阻尼为例，阐明了短波极限波粒共振的物理过程。作为示例性应用，本文研究了短波长极限下高能粒子对GAM的激发，假定粒子的平衡分布函数为单俯仰角慢化快离子。这种高能粒子诱导的GAM（EGAM）是不稳定的条件进行了讨论。
2017-09-07 physics.plasm-ph
Nonlinear excitation of geodesic acoustic mode by toroidal Alfvén eigenmodes and impact on plasma performance
利用非线性陀螺动力学理论研究了环形Alfvén本征模（TAE）对测地声学模（GAM）的自发非线性激发。发现非线性衰减过程依赖于热离子β值。这里，β是等离子体热磁压力比。在低β极限下，TAE在环向诱导剪切Alfvén波连续谱间隙中衰减为GAM和TAE下边带;而在高β极限下，TAE在连续谱间隙中衰减为GAM和传播动力学TAE。这两种情况下的自发衰变条件进行了研究。导出了GAM和子波的非线性饱和能级。计算了相应的能量平衡和波粒能量向热等离子体的转移。热等离子体加热的影响进行了讨论。
2019-01-05 physics.plasm-ph
Kinetic description of rotating Tokamak plasmas with anisotropic temperatures in the collisionless regime
受控聚变研究中一个很大程度上尚未解决的理论问题是一致的\textit{kinetic}处理发生在无碰撞和磁化轴对称等离子体中的慢时变等离子体状态。现象可能包括有限压力各向异性以及强大的环向和极向差分旋转，托卡马克等离子体的特征。尽管事实上，发生在聚变等离子体中的物理现象从根本上取决于微观粒子相空间动力学，其一致的动力学处理仍然基本上unchallaged至今。本文的目标是解决这个问题的框架内的弗拉索夫-麦克斯韦描述。采用带电粒子动力学的回转运动处理方法，构造了准稳态粒子动力学分布函数的渐近解。这些都表示在粒子精确和绝热不变量。该理论依赖于一个微扰的方法，它允许构建的Vlasov-Maxwell系统的渐近解析解。通过这种方式，反磁性和能量修正都被一致地包含在理论中。特别地，通过施加适当的动力学约束，指出了广义双麦克斯韦渐近动力学平衡的存在性。该理论适用于离子热速度的顺序的环形旋转速度。这些解同样满足麦克斯韦方程组所施加的约束，即准中性和安培定律。结果表明，在非均匀流体和电磁场的存在下，这些动力学平衡可以同时维持环形微分旋转，准静态有限极向流和温度各向异性。
2011-10-21 physics.plasm-ph
Implementation of energy transfer technique in ORB5 to study collisionless wave-particle interactions in phase-space
本文在ORB5中实现并测试了基于能量转移项速度空间投影的MPR诊断方法，用于定位波粒能量交换最大的速度区域，并成功应用于ASDEX Upgrade中EGAM动力学研究。
2019-03-12 physics.plasm-ph
Radial propagation of geodesic acoustic modes
GAM群速度的估计从径向自由能通量的比率，总的自由能应用回旋和双流体理论。这种方法比直接计算群速度的方法更鲁棒，并且可以推广到包括额外的物理学，例如磁几何学。用陀螺动力学程序GYRO [J. Candy和R. E. Waltz，J. Comp. Phys. 186，pp. 545-581（2003）]、双流体代码NLET [K. Hallatschek和A. Zeiler，Physics of Plasmas 7，pp. 2554-2564（2000）]和分析计算。在讨论实验观察到的GAM活动的窗口以及线性理论和实验GAM频率之间的匹配时，必须记住GAM传播。
2009-10-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Analytical study on magnetic component of geodesic acoustic mode
在陀螺运动框架下，考虑了m=1和m=2两种谐波，分析了测地声学模（GAM）的磁分量，其中m为极向模数.利用准中性条件和安培定律，导出了各种极向磁分量的振幅。结果表明，m=1和m=2的磁分量存在，并分别占主导地位的余弦和正弦分量。此外，还发现所有磁分量的振幅都随等离子体压与磁压之比\b{eta}和安全因子q的增大而增大。最重要的是，由于磁漂移频率与分布函数的一次和二次谐波的耦合，m=1磁分量的幅值显著增强，因此在一定条件下可以与m=2磁分量的幅值相媲美。
2022-03-17 physics.plasm-ph
High Frequency Geodesic Acoustic Modes in Electron Scale Turbulence
在这项工作中，有限$β$ -效应的电子分支的测地声学模式（el-GAM）驱动的电子温度梯度（ETG）模式。这项工作是基于流体描述的ETG模式保留非绝热离子和el-GAMs的色散关系的非线性驱动的ETG模式的推导。从流体模型的ETG的增长率进行比较，发现从gyrokinetic模拟结果具有良好的一致性。通过与el-GAM的相互作用，发现了一种新的ETG湍流饱和机制，与混合长度估计相比，导致ETG湍流饱和水平显著增强。它表明，el-GAM可以通过增加有限的$β$，以及通过增加非绝热稳定。降低的GAM生长速率是由于包含麦克斯韦应力。
2013-05-28 physics.plasm-ph
Saturation of energetic-particle-driven geodesic acoustic modes due to wave-particle nonlinearity
研究了能量粒子驱动测地声学模的非线性动力学。与全球gyrokinetic粒子在细胞代码ORB 5的数值分析进行，并解释与分析理论的结果，在密切的比较与理论的束等离子体不稳定性。只考虑轴对称模式，与波粒相互作用确定的非线性动力学。的饱和电场的线性增长率的二次缩放的情况下的利益。EP反弹频率计算作为EGAM频率的函数，并不依赖于本体温度的值。在接近饱和时，我们观察到从绝热到非绝热动力学的转变，即，频率啁啾率变得与谐振EP反弹频率相当。数值分析在这里进行与圆形通量表面的静电模拟，并忽略电子的动力学效应。
2017-09-18 physics.plasm-ph
Influence of collisions on trapped-electron modes in tokamaks and low-shear stellarators
本研究通过解析与模拟方法，评估碰撞对托卡马克和低剪切仿星器中俘获电子模增长率的影响，发现高碰撞率下几何依赖的稳定化及低碰撞率下多种模式混合，并识别出W7-X和HSX低波数模中碰撞诱导的通用不稳定性转变。
2024-05-24 physics.plasm-ph
Nonlinear oscillations of the amplitude of energetic-particle induced geodesic acoustic modes
De Vinci Higher Education, De Vinci Research Center（德芬奇高等教育学院，德芬奇研究中心）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Department of Mathematics “F. Casorati”, University of Pavia（帕维亚大学“F.卡索拉蒂”数学系）
利用回旋动理学粒子模拟代码ORB5研究托卡马克等离子体中高能粒子诱导测地声学模振幅的非线性振荡，发现其与束-等离子体不稳定性类似的标度关系，并提出新的诊断方法。
2026-06-08 physics.plasm-ph
Decay of geodesic acoustic modes due to the combined action of phase mixing and Landau damping
测地声学模（GAM）是电场的振荡，其在托卡马克等离子体中的重要性是由于它们在湍流调节中的作用。本文采用解析理论和数值模拟的方法研究了GAM的线性无碰撞阻尼。相混合和朗道阻尼的综合效应被发现快速重新分配的GAM能量在相空间中，由于通过的离子的有限轨道宽度和级联的波数相混合的协同作用。当等离子体参数特性的现实托卡马克配置文件被认为是，GAM衰减时间被发现是一个数量级低于由于单独的朗道阻尼的衰减，并在某些情况下，由于与ITG模式的非线性相互作用的特征GAM驱动时间的相同数量级。特别是，径向模式结构的演变在这里进行了研究，并通过一个专用的初始值代码和诊断定量再现。
2016-08-11 physics.plasm-ph
Modulational instability of Geodesic-Acoustic-Mode packets
本文利用非线性薛定谔方程和 ORB5 回旋动理学模拟研究测地声模波包的调制不稳定性，揭示朗道阻尼对高谱分量的抑制会显著阻碍不稳定性发展。
2024-09-30 physics.plasm-ph
Geodesic acoustic modes in a fluid model of tokamak plasma : the effects of finite beta and collisionality
本文从托卡马克边缘区的Braginskii方程出发，导出了一套完整的测地声学模（GAM）的非线性方程组，其中包括碰撞性、等离子体β以及粒子、动量和热量的外部源。局域线性分析表明，在径向波数$k_{r}$较低时，GAM频率随碰撞度的增加而增加，在径向波数$k_{r}$较高时，GAM频率随碰撞度的增加而减小. GAM频率也随着血浆β而降低。径向配置文件的GAM频率为两个托尔Supra拍摄，这是碰撞扫描的一部分，与这些计算进行比较。实验和理论之间的差异被观察到，这似乎是解释了一个有限的$k_{r}$的GAM通量表面平均密度$\langle n \rangle$和温度$\langle T \rangle$被假定为零。结果表明，这种协议是偶然的和自洽的包括$\langle n \rangle$和$\langle T \rangle$响应增强的分歧更多的$k_r$在高$k_{r}$。因此，线性GAM计算之间的差异（对于更“完整”的线性模型，如陀螺动力学也存在）可能无法通过简单地添加有限的$k_{r}$来解决。
2015-07-12 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
Frequency Chirping of Energetic-Particle-Driven Geodesic Acoustic Modes in Tokamaks
De Vinci Higher Education, De Vinci Research Center（德芬奇高等教育中心，德芬奇研究中心）；Center for Nonlinear Plasma Science and C.R. ENEA Frascati（非线性等离子体科学中心与ENEA弗拉斯卡蒂研究中心）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
利用全局回旋动理学模拟研究高能粒子驱动测地声学模式（EGAM）的非线性频率啁啾，通过相空间带状结构诊断建立频率演化与共振粒子非线性动力学的直接对应。
2026-06-24 physics.plasm-ph
