Global gyrokinetic simulations of the impact of magnetic island on ion temperature gradient driven turbulence
本文利用全局回旋动理学模拟研究磁岛宽度对磁岛与离子温度梯度湍流多尺度相互作用的影响，揭示涡旋流、带状流及湍流输运随磁岛宽度的变化规律。
2023-06-09 physics.plasm-ph
Global fluid turbulence simulations in the SOL of a stellarator island divertor
在解析仿星器岛状偏滤器的边缘和SOL中进行了等温流体湍流模拟，发现稳态输运由曲率驱动且存在显著m=2,n=5模式，揭示了密度波动特征及分离面与SOL外部的强相关性。
2024-03-27 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
Global fluid simulation of plasma turbulence in a stellarator with an island divertor
一个三维的，通量驱动的，静电的，全球性的，两种流体湍流模拟的5场周期与岛偏滤器的仿星器的结果。数值模拟使用GBS代码进行，该代码最近扩展到模拟非轴对称磁平衡中的等离子体湍流。模拟中使用的真空磁场是用Dommaschk势理论产生的，并描述了一种具有嵌套通量表面的中心区域的配置，该区域被磁岛链包围，类似于W7-X的转向配置。从核心流出的热量到达岛区域，并沿着磁岛传输，撞击对应于模拟域边界的容器壁。粒子和热的径向输运主要是由一个极向数为$m=4$的场取向相干模驱动的。基于非局部线性理论对这种模式的分析表明了它的膨胀性质。在托卡马克模拟和实验，斑点往往有助于运输，我们没有观察到间歇性运输事件的存在。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Impact of magnetic islands on plasma flow and turbulence in W7-X
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
研究了磁岛对W7-X中等离子体流动和湍流的影响，发现磁岛边界对流动贡献最大，O点附近流动贡献接近于零，同时O点附近密度波动降低。
2025-12-17 physics.plasm-ph
The interaction of turbulence, magnetic islands and zonal fields in fluid plasma models with cubic non-linearities
本文研究了高 beta 下流体等离子体中湍流、磁岛与带状结构的相互作用，发现压力梯度驱动的湍流普遍产生磁岛，带状电流减缓磁岛形成，带状流促进能量向大尺度转移，且磁岛对压力分布的平坦化作用缓慢且局限于弱带状流区域。
2025-06-30 physics.plasm-ph
Integrated modelling and multiscale gyrokinetic validation study of ETG turbulence in a JET hybrid H-mode scenario
以前的研究与第一原理为基础的综合建模表明，ETG湍流可能会导致反GyroBohm同位素缩放在JET高性能混合H模式的情况下。一项针对高保真湍流模型的专门比较研究证实了这一说法。包含磁场扰动的离子尺度湍流可以在温度梯度误差范围内匹配功率平衡通量。多尺度gyrokinetic模拟从两个不同的代码产生没有显着的ETG热通量，表明简单的经验法则是不够的标准，其发病。
2022-09-20 physics.plasm-ph
Dynamics of Ion Temperature Gradient Turbulence and Transport with a Static Magnetic Island
理解大尺度磁流体动力学不稳定性与小尺度漂移波微湍流之间的相互作用机制对于预测和优化基于磁约束的聚变能实验性能至关重要。我们报告了使用BOUT++进行的分析理论和数值模拟来理解这些相互作用的进展[B]。Dudson等人，Comput. 180，1467（2009）]框架。本文采用弱电磁二维五场流体模型，研究了背景静磁岛存在下离子温度梯度不稳定性的动力学行为。据发现，岛的宽度必须超过一个阈值大小（相当于在无岛限制的湍流相关长度）显着影响的湍流动力学，与主要影响是增加湍流波动和热通量振幅。湍流径向离子能通量被示出为本地化的X点附近，但这样做不对称的极向维度。还计算了作用于岛外层的有效湍流电阻率，并且显示出总是显著地（10 x-100 x）大于模拟中使用的碰撞电阻率。
2015-09-12 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
Gas puff imaging of plasma turbulence in the magnetic island scrape-off layer of W7-X
本文利用气体 puff 成像诊断研究 W7-X 仿星器磁岛刮削层湍流，发现流动以极向为主、径向较弱，表明 ExB 对流主导且丝状输运受抑制，并揭示连接长度与剪切流结构的关联。
2025-03-28 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
Direct multiscale coupling of a transport code to gyrokinetic turbulence codes
用多尺度陀螺动力学程序TRINITY直接耦合输运解算器和局部非线性陀螺动力学计算[M。巴恩斯博士论文，arxiv：0901.2868]中描述。微观和宏观物理的耦合是在多尺度回旋理论的框架内完成的，我们提出的假设和关键结果。在空间和时间尺度分离的假设允许在小区域的时空网格，这是嵌入在一个粗略的网格上的输运方程隐式演变的湍流模拟。这导致了几个数量级的计算费用的减少，使得在约束时间内的完整聚变装置体积的第一原理模拟在当前计算资源上是可行的。TRINITY模拟的数值结果，并与JET和ASDEX升级等离子体的实验数据进行比较。
2009-12-10 physics.plasm-ph
Zonal fields as catalysts and inhibitors of turbulence-driven magnetic islands
该研究通过等离子体流体模拟发现新型磁岛聚并过程，揭示带状流作为催化剂、带状电流作为抑制剂调控湍流驱动大尺度磁岛形成的机制，明确了三次非线性项与小尺度聚并的关键作用。
2024-12-12 physics.plasm-ph
Observation of Kolmogorov turbulence due to multiscale vortices in dusty plasma experiments
本研究在三维尘埃等离子体云的自激涡旋流中实验观测到充分发展的Kolmogorov湍流，通过功率谱和结构函数证实其特征标度律，发现速度梯度分布尾部有轻微偏差，且该现象在多种实验条件下均可复现。
2024-10-29 physics.plasm-ph
Nonlinear seed island generation by three-dimensional electromagnetic, gyrokinetic turbulence
湍流被证明是至关重要的新古典撕裂模式的发病和演变，影响其增长和旋转。本文首次在三维环形回旋框架内研究了这种相互作用。湍流波动不会在岛屿发展的早期破坏岛屿，岛屿在生长过程中保持着连贯的形式，事实上，岛屿是由非线性相互作用决定的，其旋转频率也是由非线性相互作用决定的。这个过程提供了一个初始结构，是离子回旋半径宽的顺序，允许岛迅速达到大尺寸。在分界面周围有很大程度的随机性，并且可以看到X点的完全击穿，这显著减小了有效岛宽度。岛中和周围的静电场的湍流修改极大地影响谐振层宽度的大小，并且即使岛明显宽于奇异层宽度，也可以看到岛以线性速率生长。
2014-03-06 physics.comp-ph physics.plasm-ph
On the dynamics of vortex modes within magnetic islands
最近研究磁岛与微湍流相互作用的工作揭示了在岛结构内形成的大尺度涡旋模式的惊人观察[W.A. Hornsby { \it等人}，等离子体{ \bf 17} 092301（2010）]。这些静电涡被发现是岛的大小和振荡。正是这种振荡行为和湍流的存在，使我们相信，动力学有关的测地线声学模式（GAM），这是本文研究的这个环节。在这里，我们推导出一个方程的GAM在MHD限制，在磁岛修改的三维轴对称几何形状的存在下。的特征值和特征函数的数值计算，然后利用线性和非线性陀螺动力学模拟中看到的振荡大规模静电势结构的动态分析。
2012-01-31 physics.plasm-ph
Multiscale Equatorial Electrojet Turbulence: Energy Conservation, Coupling, and Cascades in a Baseline 2-D Fluid Model
报道了在统一流体模型基础上对赤道电射流中等离子体不稳定性耦合的研究进展。通过研究密度梯度标度长度（Ln）和交叉场（E？B）在等离子体湍流上漂移。阐明了这些多尺度不稳定性的能量传递机制和途径。能量的统一模型进行检查，包括注入，保守的重新分配（场和尺度之间），和最终耗散。能量学中涉及的各种物理机制被分类为源、汇、非线性传递和耦合，以表明系统满足能量守恒基本定律。研究了非线性转移项的物理学，以确定它们在产生能量级联中的作用（从主导不稳定波数转移能量和驱动不同尺度长度的不规则性）。验证了两步能量级联产生赤道电射流中3米等离子体不规则体的理论。此外，系统的非线性允许反向能量级联的可能性，负责在电射流的顶部产生大规模的等离子体结构。
2016-02-29 physics.plasm-ph
Spectral broadening from turbulence in multiscale lower hybrid current drive simulations
研究了低杂波（LH）在刮去层（SOL）中的散射。结果表明，散射可以解释LH光谱间隙没有任何特别修改的波谱。这是使用多尺度模拟方法，允许，第一次，包括全波散射物理的射线追踪/福克-普朗克计算。在这种方法中，全波散射的概率计算与统计合奏的细丝波相互作用。这些概率耦合到使用辐射转移（RT）理论的射线跟踪方程。这允许沿着整个射线轨迹对散射进行建模，这在多通道机制中可能是重要的。在Alcator C-Mod中对低杂波电流驱动（LHCD）进行了模拟，结果与实验电流和硬X射线（HXR）曲线非常一致。灯丝参数空间中的一个区域被确定在LHCD上的散射的影响是饱和的。这样的状态与实验LHCD测量相吻合，表明饱和确实发生在C-Mod中，因此细丝的确切统计特性并不重要。
2022-10-25 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
Influence of Micro-turbulence on Neoclassical Tearing Mode Onset
本文首次报道了微湍流对新经典撕裂模（NTM）产生影响的直接证据。在EAST托卡马克装置上，首次观察到NTM种子岛临界宽度与归一化等离子体压力β p之间存在着令人困惑的正相关关系。与以前的方法不同，种子岛的宽度是通过缓慢地增加共振磁扰动线圈中的电流来控制的。结果表明，这种正相关主要归因于微湍流增强了垂直输运，克服了β p对NTM起始的不稳定作用。简化的磁流体动力学（MHD）模型很好地再现了在本实验中观察到的两种状态的非线性分岔，包括有限输运效应。这一结果为理解等离子体物理中的多尺度相互作用提供了一条新的途径。
2021-03-29 physics.plasm-ph
Multiscale nature of the dissipation range in gyrokinetic simulations of Alfvénic turbulence
在第一个回旋动力学模拟中，分析了从MHD范围的尾部到电子回旋半径尺度的所有尺度上Alfvén波湍流中的非线性能量传递和耗散。对于典型的太阳风参数在1 AU，约30%的非线性能量传递接近电子回旋半径尺度介导的模式在尾部的MHD级联。碰撞耗散发生在整个动力学范围$k_\perpρ_i\gtrsim 1$。因此，这两种机制都作用于多个耦合尺度上，为了全面了解Alfvénic湍流中的耗散范围，必须保留这些尺度。
2015-07-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
On the interaction between the island divertor heat fluxes, the scrape-off layer radial electric field and the edge turbulence in Wendelstein 7-X plasmas
在仿星器W7-X中，对附加偏滤器条件下SOL中径向电场$E_{\rm r}$的形成进行了实验研究。本研究的主要目的是测试的有效性，在一个复杂的3D岛偏滤器的简单模型，通常在托卡马克，有关$E_{\rm r}$鞘层电位降梯度的目标。此外，我们调查的边缘$E_{\rm r}$剪切的密度波动幅度，根据现有的参考文献，一个公认的现象减少的效果。SOL中测量的主要诊断是V波段多普勒反射计，它可以提供具有良好空间分辨率的$E_{\rm r}$和密度波动的测量。偏滤器参数的三维测量已使用红外相机进行，与$λ_{\rm q}$产生一个合适的代理模型相关的$λ_{\rm T}$。在调查的附加制度，它是第一次表明，在SOL中的$E_{\rm r}$的形成取决于偏滤器的参数，以下$E_{\rm r} \propto T_{\rm e} /λ_q$定性类似于托卡马克中发现的。然后，从分析的等离子体中，观察到的$E_{\rm r}$剪切在边缘的密度波动的幅度的适度的局部减少。
2022-10-05 physics.plasm-ph
The role of magnetic islands in modifying long range temporal correlations of density fluctuations and local heat transport
这项工作探讨了磁岛，长距离的时间相关性和热输运之间的关系。在TJ-Ⅱ仿星器中，通过电子回旋共振加热（ECRH）等离子体，有目的地向外扫描低阶有理曲面（$ι/2π= 3/2$）。密度湍流和极向流速度（或径向电场）的特点是使用双通道多普勒反射仪。同时，ECRH功率被调制，以表征热传输，使用来自12通道电子回旋发射诊断的测量。一个系统的极向速度的变化被认为是与固定的$ι/2π= 3/2$磁岛。从理性的表面内，赫斯特系数，量化的性质的长期相关性，被发现显着增强。与此同时，热传输也得到了增强，在密度波动和异常热传输之间建立了明确的联系。Hurst系数的变化与磁流体动力学湍流模拟一致。
2015-06-23 physics.plasm-ph
A study of multiscale density fluctuation measurements
有趣的相似之处密度波动功率与波数的小（毫米）和大（百万分之一）尺度。对聚变等离子体测量结果与宇宙学数据进行了比较研究。基于经典流体湍流理论的预测，我们认为，我们的观察是一致的二维湍流。密度涨落在这些不同尺度上的相似依赖性可能表明，原始湍流已经扩展到宇宙学的比例。
2007-12-11 astro-ph physics.plasm-ph
Multiscale geometrical Lagrangian statistics of heavy impurities in drift-wave turbulence
1 Aix-Marseille Universit\'e, CNRS, I2M, UMR 7373, 13331 Marseille, France；2 Aix-Marseille Universit\'e, CNRS, IUSTI, UMR 7343, 13453 Marseille, France；3 Aix-Marseille Universit\'e, CNRS, PIIM, UMR 7345, 13397 Marseille, France
本研究通过直接数值模拟，分析了重杂质在湍流中的轨迹，提出新的松弛时间推导方法，并揭示了重杂质在湍流中的聚类现象。
2025-03-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Multiscale Gyrokinetics for Rotating Tokamak Plasmas II: Reduced Models for Electron Dynamics
在本文中，我们扩展了[Abel et.例如，代表计划物理、提交]通过利用离子和电子之间的尺度分离。将回旋动力学方程展开为电子与离子质量比的幂，从而为导出约化电子模型提供了一种严格的方法。我们证明了离子尺度的电磁扰动不会改变磁拓扑结构，并认为最低阶的磁场位于涨落通量面上。这些通量表面被用来构建磁坐标，并在这些坐标系中的电子响应离子尺度湍流的方程的封闭系统的推导。所有快电子时标都已从这些方程中消除。我们还使用这些磁表面构造的约化电子模型的电子和电子热的输运方程。
2013-02-28 physics.plasm-ph
Stabilisation of short-wavelength instabilities by parallel-to-the-field shear in long-wavelength $\mathbf{E} \times \mathbf{B}$ flows
磁化等离子体湍流可以具有多尺度特性：由平均温度梯度驱动的不稳定性在离子和电子回旋半径的不同尺度上驱动湍流。多尺度湍流的模拟，使用有效的无限尺度分离的极限方程，揭示了新的跨尺度相互作用机制，在这些等离子体。在长波长（离子回旋半径尺度）和短波长（电子回旋半径尺度）的线性不稳定性驱动远离边缘稳定的情况下，我们表明，短波长的不稳定性被抑制的相互作用与长波长的湍流。所观察到的抑制是两个效果的结果：平行于场线剪切的长波长$\mathbf{E} \times \mathbf{B}$流，和修改的背景密度梯度的长波长波动。与此相反，多尺度湍流的模拟，在两个尺度的不稳定性驱动的边缘稳定性附近表明，当长波长的湍流是足够的碰撞和zonally占主导地位的跨尺度相互作用的效果可以参数化仅在局部修改的平均密度和温度梯度。我们讨论的物理参数，定性地解释如何在平衡驱动器的变化导致所观察到的跨尺度相互作用的影响的转变。
2020-07-07 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Inhomogeneity of Electron-Temperature-Gradient Turbulence in the Edge of Tokamak Plasmas
非线性多尺度陀螺动力学模拟的联合欧洲环面边缘基座显示，电子温度梯度（ETG）湍流具有丰富的三维结构，根据当地的磁场配置强烈变化。在垂直于磁场的平面中，陡峭的基座电子温度梯度引起具有比副法线方向短得多的径向（法线）波长的各向异性湍流。在平行方向上，湍流的位置和平行程度取决于磁漂移和有限拉莫尔半径（FLR）效应的变化。的磁漂移和FLR拓扑结构有一个很好的波长依赖性，这使得附近的磁通表面的顶部和底部在较长的副法线尺度的湍流强度最大值，但在较短的电子gyroradius副法线尺度约束湍流的外侧中平面。我们的模拟表明，长波长ETG湍流不能有效地传输热量，并显着降低整体ETG传输-在我们的情况下，通过多尺度相互作用，由$\sim$ 40 \%。
2022-07-02 physics.plasm-ph
Magnetospheric Multiscale Observations of Markov Turbulence on Kinetic Scales
在我们以前的研究中，我们研究了太阳风和磁层等离子体湍流，包括大惯性磁流体动力学尺度上的马尔可夫特征。本文介绍了基于磁层多尺度探测的地球磁鞘中磁场起伏的统计分析结果。根据我们的谱分析结果与非常大的斜率约-16/3，我们应用马尔可夫过程的方法在这个动力学制度的湍流。结果表明，满足Chapman-Kolmogorov方程，且描述漂移和扩散的最低阶Kramers-Moyal系数满足幂律依赖，与广义Ornstein-Uhlenbeck过程一致. Fokker-Planck方程的解与实验概率密度函数一致，在动力学域中具有普遍的全局尺度不变性。特别是，对于中等尺度，我们有kappa分布描述的各种尖峰形状与沉重的尾巴，其中与大值的kappa参数减少到高斯分布的大惯性尺度。这表明，湍流级联也可以描述的马尔可夫过程在很小的尺度。所得到的动力学尺度的结果可能有助于更好地理解控制湍流的物理机制
2022-11-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Neural operator transformers capture bifurcating drift wave turbulence in fusion plasma simulations
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Columbia University（哥伦比亚大学）
神经运算符转换器通过模拟环形流介导的漂移波湍流分叉，高效捕捉多尺度等离子体湍流动态。
2026-03-05 physics.plasm-ph
Two-stage Crash Process in Resistive Drift Ballooning Mode Driven ELM Crash
本研究通过全环形环域数值模拟，发现电阻漂移气球模驱动的边缘局域模存在两阶段崩塌过程，揭示了全环域非线性相互作用对ELM触发动力学的显著影响。
2023-10-07 physics.plasm-ph
Turbulence in the terrestrial magnetosheath: space-time correlation using the Magnetospheric Multiscale mission
本研究基于MMS任务观测数据，分析地球磁鞘磁场涨落的时空关联，首次观测到空间湍流传播子，揭示了磁鞘湍流的各向异性特征与去相关机制，为相关理论和数值模型提供关键约束。
2025-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multiscale Gyrokinetics for Rotating Tokamak Plasmas: Fluctuations, Transport and Energy Flows
本文提出了一个完整的托卡马克等离子体湍流和输运的理论框架。等离子体湍流中存在的基本尺度分离被编码为回转半径与平衡尺度长度之比的渐近展开。在此展开中逐阶进行，开发了等离子体湍流的框架。它包括一个瞬时的平衡，在平衡量的梯度驱动的波动，和这些量的平均配置文件的波动驱动的运输时间尺度的演变。平衡分布函数是局部麦克斯韦函数，每个通量面作为一个刚体作环形旋转。由旋转等离子体的Grad-Shafranov方程得到磁平衡，由安全因子q的演化方程给出磁场的慢（电阻）演化。新古典理论给出了分布函数与麦克斯韦分布函数的大尺度偏差。的波动是由高流量的回旋方程，从中我们推导出的控制原则，在托卡马克回旋湍流：守恒和本地级联的自由能。导出了平均密度、温度和流速分布演化的输运方程。这些输运方程显示了新古典修正和涨落是如何通过通量和加热作用于平均廓线的。导出了平均轮廓的能量和熵守恒定律。总能量守恒，没有净湍流加热。熵是由通量平坦梯度、欧姆加热和平均温度平衡的作用产生的。最后，在低马赫数极限下，将这个框架压缩成一组适于数值实现的简明方程。
2013-12-02 physics.plasm-ph
Effect of resonance magnetic perturbation on edge-core turbulence spreading in a tokamak plasma
本研究利用环位形电磁朗道流体模型，探究共振磁扰动对托卡马克等离子体边缘-芯部湍流传播的影响，发现RMP激发的共振面剪切流可阻挡湍流向内传播、降低芯部湍流水平。
2023-07-25 physics.plasm-ph
Magnetosperic Multiscale (MMS) observation of plasma velocity-space cascade: Hermite representation and theory
利用磁层多尺度任务（MMS）测量的地球磁鞘中的高分辨率离子速度分布来研究等离子体湍流。颗粒分布是高度结构化的，表明在速度空间中的级联状过程。这个复杂的速度空间结构进行了研究，使用三维厄米变换，揭示了幂律分布的时刻。类似于流体动力学，柯尔莫哥洛夫方法直接导致一系列的预测，这个相空间级联。标度理论与观测结果一致，为弱碰撞空间等离子体湍流和天体物理等离子体的研究提供了一条新的途径。
2017-07-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph
RF current condensation in the presence of turbulent enhanced transport
磁约束等离子体中的急剧温度梯度会导致等离子体的湍流运动。这种湍流反过来又增强了热量在磁场线上的传输。增强的运输影响的温度差异，可以维持在磁岛之间的岛屿中心和其周边。它在这里示出，通过限制这种温差，这种增强的运输可以有深远的影响，在何种程度上的RF电流冷凝效应稳定的岛屿生长。有趣的是，由于热传输不再是简单的线性温度梯度，射频电流冷凝效应也表现出全新的滞后现象。
2020-03-31 physics.plasm-ph
HelioSwarm: A Multipoint, Multiscale Mission to Characterize Turbulence
介绍NASA中型探索者任务HelioSwarm的科学背景、目标、轨道与仪器部署，该任务拟用9颗航天器多点多尺度测量近地等离子体，探究等离子体湍流的三维机制及能量跨尺度传递规律。
2023-06-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Cross-scale Interaction between Microturbulence and Fishbone in Fusion Plasmas
CAS Key Laboratory of Frontier Physics in Controlled Nuclear Fusion, School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学院受控核聚变前沿物理重点实验室，中国科学技术大学核科学与技术学院）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院等离子体物理研究所）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine（加州大学尔湾分校物理与天文学系）
该研究通过全局 gyrokinetic 模拟，揭示托卡马克等离子体中鱼骨模驱动的带状径向电场可抑制电磁 ITG 湍流，提升热约束，结果与实验观测吻合。
2026-07-30 physics.plasm-ph
Subion Scale Turbulence Driven by Magnetic Reconnection
该研究利用空间粗粒化霍尔磁流体模型与MMS卫星数据，首次观测证实磁重联通过向小尺度传递能量驱动亚离子尺度湍流，并得到混合Vlasov-Maxwell模拟支持。
2023-04-20 physics.plasm-ph
On the Electron Agyrotropy during Rapid Asymmetric Magnetic Island Coalescence in Presence of a Guide Field
本文分析了在有无引导场的非对称重联中，电子速度分布在岛合并过程中的性质。在先前的研究中，在没有引导场的情况下，确定了三个主要结构域，即具有不同重连演变的X-、D-和M-区域（Cazzola等人，2015）。这些区域在这里也在具有引导场的情况下被标识。我们研究了偏离各向同性和gyrotropic行为通过不同的鲁棒检测算法在文献中提出的。虽然在没有引导场的情况下，这些指标显示出总体一致性，但当引导场存在时，观察到一些相关区域内的无旋性差异，例如在分界线和磁岛内部。此外，根据多尺度磁球任务的新观测结果，分析了这些域中的电子速度相空间。
2016-08-02 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Epistemic and Aleatoric Uncertainty Quantification and Surrogate Modelling in High-Performance Multiscale Plasma Physics Simulations
本文针对托卡马克等离子体多尺度湍流输运模拟，提出偶然与认知不确定性量化方法，并引入基于高斯过程回归的代理模型以降低不确定性传播的计算成本。
2023-06-13 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Global scale-invariant dissipation in collisionless plasma turbulence
利用在快速环境太阳风的静止间隔中从Cluster航天器现场高频磁场测量，提出了无碰撞等离子体湍流耗散范围的高阶多尺度分析。的观测，跨越50年的时间尺度，显示了从多重分形间歇性湍流的惯性范围内的非高斯单尺度的耗散范围内的交叉。这对湍流无碰撞等离子体中的耗散机制理论提出了一个强有力的观测约束。
2009-06-16 physics.plasm-ph physics.space-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
Kinetic intermittency in magnetized plasma turbulence
我们采用磁化等离子体湍流，描述的gyrokinetic形式主义在一个区间内，从年底的流体尺度的电子gyroradius，介绍动力学双折射的第一次研究，其中直接形成的非线性结构的分布函数进行分析，占线性（朗道共振）和非线性相位混合产生的速度空间相关性。电子结构被发现是强烈的间歇性和线性相位混合为主，而非线性相位混合占主导地位的弱间歇离子。这是第一次的空间磁不稳定性和线性相位混合被证明是自洽的电子，并作为磁场以下的磁不稳定性的电子在小尺度上，解释为什么磁岛的地方占主导地位的朗道阻尼在稳态湍流。
2016-12-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropic Intermittency of Magnetohydrodynamic Turbulence
利用STEREO航天器在快速环境太阳风中的测量结果，对惯性范围磁流体动力学湍流的空间各向异性进行了高阶多尺度分析。我们第一次表明，当测量平行于本地磁场方向，完整的统计签名的磁场和Elsässer场波动是一个非高斯的全球尺度不变的过程。这不同于当局部磁场垂直于流动方向时观察到的经典多指数统计。这些意见被解释为一个平行的磁流体湍流能量级联的弱点，或缺乏的证据。因此，这些结果提出了强有力的观测约束湍流等离子体中的不稳定性的统计性质。
2013-11-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Disruption of sheetlike structures in Alfvénic turbulence by magnetic reconnection
我们提出了一种机制，即强烈的，片状结构自然形成的动态对齐Alfvénic湍流被破坏的磁重联的规模$\hatλ_{\rm D}$，大于耗散规模预测的间歇性，动态对齐的湍流模型。重连过程分几个阶段进行：首先，具有$N$磁性岛的线性撕裂模式生长并饱和，然后这些岛之间的$X$点塌陷成次级电流片，然后重新连接，直到原始结构被破坏。这有效地对垂直平面内的结构的各向异性施加了上限，这意味着在尺度$\hatλ_{\rm D}$下湍流动力学改变：在大于$\hatλ_{\rm D}$的尺度上，湍流表现出尺度依赖的动态排列和近似等于$-3/2$的谱指数，而在小于$\hatλ_{\rm D}$的尺度上，湍流结构由于重连而经历连续的破裂，限制动态对准、使有效谱指数变陡以及改变最终耗散尺度。与伦德奎斯特（磁雷诺）数$S_{L_\perp}$的$\hatλ_{\rm D}$的缩放取决于统计的顺序被认为是，并在特定的模型的不稳定性，在能量谱的两个制度之间的过渡预测约为$\hatλ_{\rm D} \sim S_{L_\perp}^{-0.6}$。低于$\hatλ_{\rm D}$的光谱指数介于$-5/3$和$-2.3$之间。最终耗散尺度为$\hatλ_{η,\infty}\sim S_{L_\perp}^{-3/4}$，与不涉及尺度相关动态校准的湍流理论中出现的柯尔莫哥洛夫尺度相同。
2017-07-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Effects of Turbulence on Three-Dimensional Magnetic Reconnection at the Magnetopause
对磁层多尺度飞行任务（MMS）最近遭遇的磁层顶电子扩散区进行了二维和三维粒子模拟。虽然二维模拟是层流的，但在三维模拟中，湍流在x线处和沿磁分离线发展。湍流的强度足以使重联岛周围的磁场发生混乱，并产生异常电阻率和异常粘滞性。每一个都对打破电子扩散区的冻结条件有很大贡献。令人惊讶的是，在MMS观测和二维模拟中看到的速度空间中的新月形特征即使在三维系统的湍流环境中也存在。这表明MMS对新月形分布的测量并不排除湍流在磁层顶重联中起重要作用的可能性。
2016-06-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Heating by Debye-Scale Turbulence in Guide-Field Reconnection
我们报告的静电德拜尺度湍流发展的扩散区域内的非对称磁层顶重联与中等引导场使用的观测磁层多尺度（MMS）任务。我们表明，布尼曼波和束模式导致有效的和快速的热化的重联电子射流通过不可逆的相混合，在此期间，射流动能转化为热能。我们的结果表明，在一个中等的引导场的存在下，重联扩散区是高度湍流，静电湍流在电子加热中起着重要的作用。
2019-12-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Wavelet transforms and their applications to MHD and plasma turbulence: a review
介绍了小波分析和压缩工具在磁流体力学和等离子体湍流研究中的不同应用。本文介绍了连续小波变换和正交小波变换，详细介绍了几种基于小波系数的统计诊断方法。然后，我们展示了如何提取相干结构的充分发展的湍流使用基于小波去噪。最后介绍了几种基于小波的多尺度数值模拟方法。给出了分析、压缩和计算一、二、三维湍流磁流体或等离子体流的几个例子。
2015-08-23 nlin.AO physics.comp-ph physics.data-an
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
Turbulence and Transport During Guide-Field Reconnection at the Magnetopause
我们分析的发展和影响的湍流在三维粒子模拟的导场磁重联在磁层顶的参数的基础上的电子扩散区的观测磁层多尺度（MMS）任务。沿分界线的湍流是低杂波漂移不稳定性（LHDI）的一种变体，其产生的电场波动幅度远大于重联电场。湍流控制了密度和电流分布的尺度长度，同时使穿过磁层顶的重要传输成为可能，尽管电子仍然冻结在磁场中。在X线附近，电子没有被冻结，并且与LHDI不同的湍流通过反常粘性对广义欧姆定律做出了显著的净贡献。湍流和伴随粒子输运的特征与MMS观测中的波动幅度一致。然而，对于这一事件的模拟表明，MMS航天器没有足够接近的电子扩散区的核心，以确定该地区的异常粘度是重要的。
2019-10-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Monofractality in the solar wind at electron scales: insights from KAW turbulence
本研究通过三维ERMHD直接数值模拟，发现弱KAW湍流在电子尺度呈现单分形性，而强湍流为多分形，为理解太阳风电子尺度尺度不变性提供了新见解。
2023-12-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Radiation-induced electron spin polarization in ultrarelativistic kinetic turbulence
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）
利用粒子网格模拟研究高磁化条件下超相对论动力学湍流辐射等离子体中的电子自旋极化，发现非平衡湍流演化中轻子发射高能光子伴随自旋翻转可维持显著自旋极化，并识别出电磁动力学湍流区域，其特征参数由电场与磁场能量密度之比界定。
2026-09-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle acceleration in an MHD-scale system of multiple current sheets
我们研究粒子加速的MHD尺度系统的多个电流片进行二维和三维MHD模拟结合测试粒子模拟。该系统是不稳定的撕裂模不稳定性，和磁岛产生的磁重联。由于磁岛的相互作用，系统变成湍流状态。二维（三维）的情况下，产生两个$-5/3$（$-11/3$和$-7/3$）幂律空间的磁场和速度的波动。粒子被有效地激励所产生的湍流，它形成了一个幂律尾指数为$-2.2$和$-4.2$的能量分布函数的二维和三维的情况下，分别。我们在磁岛外发现了更多的高能粒子，而不是在磁岛内。在高能粒子的能量空间中，我们观察到了二维（$\sim t^{2.27}$）和三维（$\sim t^{1.2}$）情况下的超扩散。
2022-05-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
