A Runaway Electron Avalanche Surrogate for Partially Ionized Plasmas
本文针对含部分电离杂质的等离子体，开发了一种受物理约束的深度学习替代模型，通过嵌入物理信息的神经网络（PINN）预测逃逸电子雪崩增长率，降低计算成本并提高精度，为托卡马克破裂的ML加速综合描述提供支持。
2025-04-14 physics.plasm-ph
The Impact of Collisionality on the Runaway Electron Avalanche during a Tokamak Disruption
本文研究托卡马克破裂中环形几何对逃逸电子雪崩效率的影响，发现临界碰撞性参数$ν_{*, crit}$可区分氘等离子体中的效率降低与高Z杂质等离子体中的无减弱效应。
2024-01-20 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of runaway electron avalanches in tokamak plasmas
当环形电场的加速力超过库仑碰撞产生的碰撞拖曳力时，托卡马克等离子体中会产生逃逸电子（RE）。在国际热核实验堆中，预计破坏主要通过撞击碰撞产生RE，其中足够的动量可以从现有的逃逸物转移到减慢电子以将后者运输到临界动量以上，从而引发RE雪崩。由于撞击逃逸物通常以相对于局部磁场方向的动量的显著垂直分量散射，因此这些粒子具有高度磁化。因此，动量动力学需要一个完整的3-D动力学描述，因为这些电子是高度敏感的磁不均匀性的环形配置。导出了一个反弹平均的撞击源项。本文用LUKE程序求解三维线性化的相对论性电子Fokker-Planck方程，通过计算电子分布函数对恒定平行电场的响应，研究了Dreicer机制和碰撞碰撞过程联合作用下稀土离子的产生.这项工作表明，即使在非破坏性的情况下，雪崩效应也很重要。稀土形成通过撞击碰撞被发现强烈减少时发生的磁轴，因为被困的电子不能有助于稀土人口。雪崩机制的相对重要性作为RE形成的关键参数的函数进行了研究;等离子体温度和电场强度。与理论预测一致，模拟结果表明，在低温和电场中，撞击是RE的主要来源，并且可以在RE生成中发挥重要作用，包括在非破坏性场景中。
2015-03-20 physics.plasm-ph
The criterion for infinite positron feedback in dynamics of relativistic runaway electron avalanches
雷暴大尺度电场加速的相对论逃逸电子雪崩是大气γ辐射源之一。在强电场中，相对论反馈可以使RREAs倍增。无限的相对论反馈使雪崩自我维持，并假设可以引起地面伽马射线闪光（TGF）。由于正电子反馈对直接观测到的电场强度起主导作用，本文介绍了一种研究正电子引起的相对论反馈的动力学方法。利用这种方法，我们导出了雷暴中正电子无限反馈的判据。所发现的准则允许获得雷暴电场参数所需的无限正电子反馈的任何高度。文中还讨论了产生雷暴条件的可能性。
2022-01-26 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Runaway electron control by self-excited waves
Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出约化模型，研究托卡马克中自激发哨声波通过增强动量扩散限制逃逸电子雪崩，并划分三种调控状态。
2026-09-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A study on combined effects of stochastic magnetic fluctuations and synchrotron radiation on the production of runaway electrons
利用相对论Fokker-Planck方程分析了相对论逃逸电子的动力学过程，其中考虑了同步辐射引起的减速和随机磁场涨落引起的径向扩散损失。SMF在[J. Martin-Solis等人，等离子体6，3925（1999）]。然而，我们认为自模场在组态空间中扮演搬运工的角色，而在动量空间中并不直接影响逃逸电子。与仅使用同步辐射的情况相比，用于维持现有RE和用于雪崩开始的临界电场都得到增强，并且通过SMF和同步辐射的组合效应降低了修改的雪崩增长速率[P. Aleynikov等人，物理修订信函114，155001（2015）]。
2017-08-15 physics.plasm-ph
Alfvénic instabilities driven by runaways in fusion plasmas
逃逸粒子可以在具有大电场的等离子体中产生。在这里，我们解决的可能性，这种失控的离子和电子激发阿尔夫文不稳定性。由这些模式引起的磁场扰动会增强逃逸损耗。这可能对托卡马克破裂中逃逸电子束的形成有重要意义。
2014-05-14 physics.plasm-ph
Simple reactor model of relativistic runaway electron avalanche development
地球大气中的高能γ辐射与雷暴电场中相对论逃逸电子雪崩（RREA）的韧致辐射有关。在本文中，RREA的发展进行了研究的系统中的两个强电场区域内的雷暴，加速逃逸电子向对方。这样的系统称为简单反应堆。发现γ射线和逃逸电子从一个区域传播到另一个区域导致正反馈。这种被称为反应堆反馈的反馈可以使RREA自我维持，从而有效地倍增包含简单反应堆的雷暴内的高能粒子。简单反应堆γ辐射的光谱和特征时间尺度与地面γ射线闪光（TGFs）数据一致。简单的反应堆模型TGF的适用性进行了讨论，并被认为是TGF和雷暴地面增强过程中的简单反应堆辐射的显着可观察的属性。
2023-01-02 hep-ph physics.ao-ph physics.geo-ph
Runaway electron avalanche and macroscopic beam formation: simulations of the DTT full power scenario
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；DTT S.C.a.r.l.；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究部）；Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Consorzio RFX（RFX联合体）；CNR-ISTP（国家研究委员会-等离子体科学和技术研究所）；ENEA（意大利国家新能源与可再生能源机构）；Università della Tuscia（图斯卡大学）
研究通过模拟揭示DTT全功率场景中失控电子束形成机制，表明高电流下电子雪崩增益显著增加，需通过杂质注入平衡热负荷与电子避免。
2025-12-31 physics.plasm-ph
Modeling the relativistic runaway electron avalanche and the feedback mechanism with GEANT4
本文介绍了第一项研究，使用的GEOometry和跟踪4（GEANT4）工具包做定量比较与其他模拟结果有关的生产地面伽玛射线闪光（TGFs）和高能量粒子发射雷暴。我们将研究相对论逃逸电子雪崩（RREA）和相对论反馈过程，以及从逃逸电子（RE）产生韧致辐射光子。蒙特卡罗（MC）模拟考虑到电子电离的影响，电子的电子（穆勒）和电子的正电子（巴巴）散射，以及韧致辐射过程和对生产，在$250$ eV $-100$ GeV的能量范围。我们的研究结果表明，在发展过程中的RREAs和反馈的影响下，电子的倍增与以前的估计是一致的。这对于验证GEANT 4作为在均匀电场中对RREA和反馈进行建模的工具非常重要。我们还确定了轫致辐射光子与高能电子$N_γ/N_e$的比值。然后，我们表明，该比率具有依赖于电场，可以表示由雪崩时间$τ(E)$和韧致辐射系数$α(\varepsilon)$。此外，我们提出了比较GEANT 4模拟进行了“标准”和“低能量”的物理列表都验证了在$1$千电子伏$-100$ GeV的能量范围。这一比较表明，GEANT4模拟中使用的物理列表的选择对结果有显着的影响。
2016-05-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Runaway dynamics in the DT phase of ITER operations in the presence of massive material injection
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
研究大规模注入氘-惰性气体混合物对等离子体失控生成、电场电阻扩散及温度演变的影响，发现除非电流淬灭时间过长，否则会产生显著的失控电流。
2020-07-13 physics.plasm-ph
The constraint of plasma power balance on runaway avoidance
在热淬火后的等离子体中，减轻或未减轻，等离子体功率平衡主要在碰撞或欧姆加热与等离子体辐射冷却之间。在具有标记原子种类的$α$的原子混合物$\{n_α\}$的等离子体中，功率平衡设置等离子体温度、离子电荷状态分布$\{n_α^i\}$和$i$电荷数，并且通过电子温度$T_e$和离子电荷状态分布$\{n_α^i\},$设置平行电场$E_\parallel.$。由于用于雪崩失控生长的阈值电场$E_{av}$也由原子混合物设置，离子电荷态分布及其导出量、电子密度$n_e,$欧姆加热和辐射冷却之间的等离子体功率平衡对等离子体状态施加了严格的约束，以避免和最小化聚变级托卡马克等离子体快速终止时的失控。
2022-12-08 physics.plasm-ph
Quasi-linear analysis of the extraordinary electron wave destabilized by runaway electrons
在分裂后托卡马克等离子体中，逃逸电子具有强各向异性分布，会破坏非常电子波的稳定性。目前的工作调查的准线性演化的EXEL不稳定性的动态范围内的不同的等离子体参数使用模型逃逸分布函数有效的高度相对论逃逸电子束主要由雪崩过程产生的。模拟结果表明，在$100-1000\;\rm μs$时间尺度上，逃逸电子在高能尾部发生快速的俯仰角散射。由于波粒相互作用，逃逸电子布居发射的同步辐射光谱的修改被预见，暴露了一个可能的实验检测方法，这样的相互作用。
2014-10-03 physics.plasm-ph
Mechanisms of plasma disruption and runaway electron losses in tokamaks
本文在分析大量TEXTOR托卡马克等离子体破裂实验数据的基础上，提出了逃逸电子束的形成和损失机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模形成的强随机磁场引起的。据推测，失控的电子束是形成在由一个完整的磁表面，由于电子的感应环形电场的加速限制的中心等离子体区域。在具有安全因子$q(0)<1$的等离子体的情况下，最稳定的逃逸电子束由位于磁表面$q=1$和最近的低阶有理表面$q=m/n>1$（$q=5/4$，$q=4/3$，.）之间的完整磁表面形成。估算了热失超时间和电流失超时间.逃逸电子束流被建模为环对称部分和一个小幅度的螺旋电流占主导地位的$m/n=1/1$组件的总和。逃逸电子的损失是由于两种效应：（$i$）通过电子在环形电场中向外漂移直到它们接触壁和（$ii$）通过在束边缘形成逃逸电子的随机层。在$m/n=1/1$ MHD模存在下，形成了这种高能逃逸电子的随机层。它具有混合拓扑结构，具有一个随机的开放区域。讨论了外共振磁扰动对逃逸电子损失的影响。本文用高能电子轨道与$m/n=1/1$ MHD模共振相互作用过程中逃逸电流的重新分布解释了伴随逃逸电子爆发的突发MHD信号的可能原因。
2015-03-23 physics.plasm-ph
Runaway Electrons in Stellarators: Unlikely or Unavoidable?
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Maryland（马里兰大学）
本研究在逃逸电子模拟工具DREAM中实现仿星器等离子体模型，探究仿星器温度崩塌场景下逃逸电子的产生条件，发现仿星器也可能产生大量逃逸电子，且其逃逸电子问题将少于托卡马克。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Mechanism of runaway electron beam formation during plasma disruptions in tokamaks
提出了托卡马克等离子体破裂过程中逃逸电子束形成的一种新的物理机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模式形成的强随机磁场引起的。证明了逃逸电子束是在位于$q=1$和最近的低阶有理磁表面[ $q=5/4$或$q=4/3$，\dots ]之间的完整磁表面内的中心等离子体区中形成的。结果表明，逃逸电子束流具有螺旋性质，主要成分为$m/n=1/1$。热淬火和电流淬火时间估计使用碰撞模型的电子扩散和双极粒子输运中的随机磁场，分别。讨论了逃逸电子流衰减的可能机制，即外漂移电子轨道和高能电子与$m/n=1/1$ MHD模的共振相互作用。
2015-04-27 physics.plasm-ph
Effect of plasma elongation on current dynamics during tokamak disruptions
托卡马克装置中的等离子体终止中断可能导致相对论逃逸电子束，对未来具有大等离子体电流的装置具有潜在的严重后果。本文研究了等离子体伸长对电场的逃逸产生和电阻扩散耦合动力学的影响。我们发现，细长的等离子体是不太可能产生大的失控电流，部分原因是由于较低的感应电场与较大的等离子体，部分原因是由于直接整形效应，这主要是导致失控雪崩增益的减少。
2020-01-06 physics.plasm-ph
Compressional Alfvén eigenmodes excited by runaway electrons
在磁聚变实验中观测到了高能离子驱动的压缩Alfvén本征模。在本文中，我们表明，模式也可以由失控的电子在破裂后等离子体中形成，这可以解释动力学不稳定性与大量的气体注入DIII-D破坏实验中观察到的驱动。模式结构的计算，是与实验观察一致的频率。使用从动力学模拟获得的逃逸电子分布函数，模式生长率计算和发现超过碰撞阻尼率时，逃逸电子密度超过阈值。CAE的激发提出了一种新的可能途径，以减轻种子逃逸电子在电流猝灭和超越雪崩。
2020-10-02 physics.plasm-ph
Runaway electron generation during tokamak start-up
托卡马克启动的特点是低电子密度和强电场，以迅速提高等离子体电流和温度，使等离子体充分放电，形成磁通量表面。这样的条件对于超热电子的形成是理想的，这可能降低欧姆加热的效率并防止健康的热聚变等离子体的形成。这在ITER中是特别令人关注的，在ITER中，工程限制对允许的电场施加了限制，并且限制了启动期间的预填充密度。在这项研究中，我们提出了一个新的0D烧穿模拟工具，称为STREAM（启动失控电子分析模型），它自洽地演变的等离子体密度，温度和电场，同时占相对论失控电子的产生和损失。验证烧穿模型后，我们调查的条件下，逃逸电子可以形成在托卡马克启动过程中，以及它们对等离子体引发的影响。我们发现，Dreicer生成起着至关重要的作用，在确定是否成为失控为主的放电或没有，大量的失控电子可以限制欧姆加热的等离子体，从而防止成功的烧穿或进一步斜升的等离子体电流。通过气体燃料增加密度可以抑制失控的发生，但只有在足够早的情况下。否则，可能已经积累了大的失控种子，其甚至在相对低的电场和高密度下也可能雪崩。
2022-06-29 physics.plasm-ph
Collision operator for electron runaway in cold weakly-ionized plasmas
本研究针对冷弱电离等离子体中Dreicer机制的非扩散特性，提出结合Fokker-Planck算符与Boltzmann算符的碰撞算符，可精确描述非扩散电子动力学，助力无逃逸托卡马克启动设计。
2025-09-03 physics.plasm-ph
Runaway electron current reconstitution after a non-axisymmetric magnetohydrodynamic flush
在最近的JET和DIII-D实验中，已经令人信服地证明了兆安培（MA）级失控电流的良性终止，使其成为ITER失控缓解的主要候选者。这是在一个失控的冲洗的形式由平行流损失沿随机磁场线形成的全球磁流体动力学不稳定性，这被发现与低Z注入，清除高Z杂质从热淬火后等离子体。在这里，我们展示了竞争的物理，管理后冲洗重建的失控电流在ITER的反应堆，预计显着更高的电流。被捕获的“失控”被发现占主导地位的种子失控重建，和高Z杂质的不完全清洗有助于排水种子，但产生更有效的雪崩，其中两个竞争，以产生2-3~MA的步骤之前，失控重建的等离子体电流的电流下降。
2022-11-03 physics.plasm-ph
Numerical calculation of ion runaway distributions
等离子体中被电场加速的离子（所谓的逃逸离子）可以解释太阳耀斑和聚变实验中的观测结果，但是以前的分析工作的局限性阻止了明确的结论。在这项工作中，我们描述了一个数值求解器的二维非相对论线性化的福克-普朗克方程的离子。它解决了初始值问题，在速度空间的频谱欧拉离散计划，允许任意等离子体成分和时变的电场和背景等离子体参数。数值离子分布函数，然后考虑失控的条件，在太阳耀斑和托卡马克等离子体离子加速。典型的时间尺度和离子加速所需的电场被确定为各种等离子体成分，离子种类和温度，并考虑在托卡马克中断的环形Alfvén本征模激发的潜力。
2015-02-24 physics.plasm-ph
What is the fate of runaway positrons in tokamaks?
在托卡马克装置中，逃逸电子会产生大量逃逸正电子。这些正电子的命运编码了关于失控动力学的有价值的信息。失控位置的相空间动力学研究使用拉格朗日，结合托卡马克的几何形状，回路电压，辐射和碰撞的影响。数值计算表明，逃逸正电子将漂移出等离子体，在第一壁面上湮灭，在等离子体中湮灭的可能性小于0.1%.逃逸正电子的动力学提供了可以作为诊断工具观察到的特征。
2015-04-17 physics.plasm-ph
Self-consistent simulation of resistive kink instabilities with runaway electrons
本研究提出并在M3D-C1代码中实现含等离子体与逃逸电子自洽相互作用的新型流体模型，成功模拟DIII-D托卡马克逃逸电子损失事件中的扭结不稳定性，与实验吻合良好，可为ITER逃逸电子缓解策略研究提供支撑。
2021-04-22 physics.plasm-ph
Simulating the nonlinear interaction of relativistic electrons and tokamak plasma instabilities: Implementation and validation of a fluid model
为了模拟托卡马克聚变等离子体中的破裂，提出了一个描述相对论逃逸电子演化及其与背景等离子体相互作用的流体模型。该模型的总体目标是自洽地描述失控电子（RE）和等离子体不稳定性在破坏过程中的非线性耦合演化。在这个模型中，逃逸电子被认为是一个单独的流体物种，其中初始种子是通过Dreicer源产生的，最终通过雪崩机制生长（可以很容易地添加其他相关的源机制）。逃逸电子的平流被认为主要是沿着场线，但也考虑到ExB漂移。该模型是在非线性磁流体动力学（MHD）代码JOREK的基础上Bezier有限元，电流耦合到热等离子体。基准的代码与一维逃逸电子代码GO是使用人工热淬火圆形等离子体。作为第一个演示，该代码适用于在ITER等离子体的轴对称冷垂直位移事件的问题，揭示显着不同的动态计算的情况下，没有失控的电子之间。虽然它是不可行的，以实现完全现实的逃逸电子速度接近光速的缓慢演变的等离子体不稳定性的完整模拟，代码被证明是适合于研究各种MHD的MHD-RE相互作用的MHD活性和中断相关的等离子体。
2019-06-28 physics.plasm-ph
Thermal runaway in two-dimensional complex plasma crystals
利用局域激光激励，在基本稳定的单层膜中诱导二维等离子体晶体的完全熔化。根据注入能量的大小，观察到激光刺激后晶体的两种不同行为：（i）低于明确定义的阈值，激光熔化区域重结晶;（ii）高于阈值，它以与模式耦合不稳定性诱导熔化类似的方式向外扩展，迅速破坏整个复杂等离子体单层的结晶顺序。所报道的实验观察结果是由于流体模式耦合不稳定性，它可以泵能量进入粒子单层的速度超过了热传输和阻尼率在充满活力的本地化熔化点，导致其进一步增长。这种行为表现出显着的相似性，脉冲点加热和热失控（爆炸）在普通的反应物质。
2017-12-15 physics.plasm-ph
Inelastic collisions facilitating runaway electron generation in weakly-ionized plasmas
本文揭示了 tokamak 启动期间非弹性碰撞的非微分性质在弱电离等离子体逃逸电子产生中的关键作用，指出使用 Fokker-Planck 碰撞算子会显著低估 Dreicer 生成率。
2024-04-24 physics.plasm-ph
Modelling of runaway electron dynamics during argon-induced disruptions in ASDEX Upgrade and JET
托卡马克等离子体中的破坏可能导致产生逃逸电子，这些逃逸电子有可能损坏面向等离子体的部件。为了更好地理解失控的产生过程，需要对实验进行解释性建模。在这项工作中，我们模拟了八个放电的ASDEX升级和JET托卡马克，氩气注入触发中断。我们使用的流体建模框架的能力，通过热尾，德莱塞和雪崩机制，以及失控的电子损失模型的产生失控的电子。使用基于实验的等离子体电流和电子温度和密度的初始值，我们可以重现等离子体电流的演变，使用现实的假设温度演变和同化的注入氩在等离子体中。ASDEX升级和JET中模拟排放的假设和结果相似，表明所实施的模型适用于不同尺寸的机器，这对于未来更大机器的建模非常重要。对于ASDEX升级中的模拟放电，初始温度相对较高，我们必须假设大部分热尾逃逸电子丢失，以重现测量的电流演变。
2021-06-30 physics.plasm-ph
Excitation of whistler and slow-X waves by runaway electrons in a collisional plasma
本研究通过相对论Fokker-Planck-Boltzmann求解器和线性色散分析，发现碰撞等离子体中慢X波比哨声波更易被逃逸电子激发且增长率更高，应成为重点研究领域。
2025-06-23 physics.plasm-ph
Runaway electron synchrotron radiation in a vertically translated plasma
托卡马克装置中逃逸电子的同步辐射与逃逸电子束的位置、大小、逃逸电子能量和间距分布以及观测者的位置有关。我们表明，实验同步辐射图像的垂直移动失控的电子束扫过探测器在TCV托卡马克同意与合成同步辐射诊断软件的预测。该实验验证为综合诊断的理论基础提供了信心，该综合诊断用于基准理论模型和探测失控动态。我们提出了一个比较TCV的同步辐射测量与一致磁场中失控动力学的动力学理论的预测。我们发现，要解释检测到的同步辐射，显着的非碰撞俯仰角散射以及径向运输的RE将是必要的。这种效应可能是由磁扰动的存在引起的，这应该在未来的TCV实验中进一步研究。
2020-08-18 physics.plasm-ph
Electron runaway in ASDEX Upgrade experiments of varying core temperature
在ASDEX升级材料注入实验中，大量破坏后逃逸电子电流的形成由逃逸电子的小种子种群的雪崩倍增确定。对于这些情况下的调查，逃逸电子的描述耦合1.5D传输求解器ASTRA-STRAHL的流体模型描述热尾机制引起的电子逃逸进行了修改。应用于ASDEX升级放电#33108中的组合背景等离子体演化、材料注入和逃逸电子生成的模拟中，用于电子逃逸的Dreicer和热尾机制都仅产生$\sim$ 3 $~$ kA的逃逸电流。在较冷的等离子体与核心电子温度$T_\mathrm{e,c}$低于9 $~$ keV，后中断失控电流被预测为不敏感的初始温度，与实验观察。然而，在更热的等离子体与$T_\mathrm{e,c} > 10~\mathrm{keV}$，热尾失控可以增加高达一个数量级，大大有助于总的破坏后失控电流。然而，在ASDEX升级高温失控实验中，尽管初级和次级失控条件有利，但在中断结束时没有观察到失控电流。
2021-05-07 physics.plasm-ph
Axisymmetric predictions for mitigated and vertically unstable disruptions in ITER with runaway electrons
本文通过二维全局模拟研究了 ITER 中存在逃逸电子的缓解型与垂直不稳定破裂，探讨了热猝灭、材料注入和杂质冲刷等效应的影响，为逃逸电子缓解策略提供了重要见解。
2024-06-14 physics.plasm-ph
Runaway electrons during a coil quench in stellarators
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
研究显示，在磁体快速变化时，即使没有净托卡马克电流，星形箍缩装置中也可能产生失控电子爆发。在反应堆规模的星形箍缩装置中，低密度等离子体操作期间可能更危险。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Experimental investigation of kinetic instabilities driven by runaway electrons in the EXL-50 spherical torus
本研究在EXL-50球形环中首次实验观测逃逸电子驱动的高频啁啾不稳定性，验证其频率、激发阈值与等离子体密度的关系及密度稳定机制。
2023-07-13 physics.plasm-ph
Fast dynamics of radiofrequency emission in plasmas with runaway electrons
在0.4 - 3 GHz范围内的辐射发射FTU等离子体中的逃逸电子（RE）的存在下，已测量前所未有的高时间分辨率。与增强RE俯仰角散射相关的快速发射爆发揭示了动力学不稳定性，影响RE人口从建立阶段的演变。这样的测量也提供了一个敏感的监测早期RE形成过程中的不稳定性。射电爆发的前沿比低发射的交错周期短得多;在增长过程中的光谱展宽表明非线性波耦合是对所观察到的不稳定性的解释。辐射发射消失后中断RE高原的开始，随后重新出现在非常强烈的突发伴随着强烈的超热电子回旋辐射上升的形状。
2020-12-20 physics.plasm-ph
DREAM: a fluid-kinetic framework for tokamak disruption runaway electron simulations
避免逃逸电子（RE）在等离子体终止中断中的有害影响是磁聚变装置安全系统设计的关键。在这里，我们描述了一个计算效率高的数值工具，允许自洽的等离子体冷却和相关的RE动力学在中断的模拟。它解决了通量表面平均传输方程的等离子体密度，温度和极向通量，使用反弹平均动力学方程自洽地提供电子电流，热量，密度和RE的演变，以及电子分布函数。作为一个例子，我们考虑中断的情况下，材料注入和比较电子动力学解决不同层次的复杂性，从完全动力学流体模式。
2021-08-10 physics.plasm-ph
Bump formation in the runaway electron tail
当平行电场超过临界值时，磁化等离子体中会产生逃逸电子。对于能量通常达到数十MeV的这种电子，与同步辐射反应的Abraham-Lorentz-Dirac（ALD）辐射力是显著的，并且可以是限制电子加速的主导过程。使用相对论有限差分Fokker-Planck代码LUKE [Decker & Peysson，Report EUR-CEA-FC-1736，Euratom-CEA，（2004）]和CODE [Landreman et al，Comp.Phys.Comm.185，847（2014）]研究ALD力对均匀等离子体中逃逸电子动力学的影响。在ALD力的作用下，我们发现当电场足够大时，在电子分布函数的尾部会形成一个凸起。我们还观察到，在凸块逃逸电子的能量增加的电场幅度，而人口增加的体电子温度。凸块的存在将电子分布分为逃逸束和体粒子数。这种机制可能会引起束等离子体类型的不稳定性，这反过来又会从逃逸的电子中抽取能量并改变它们的约束。
2015-03-16 physics.plasm-ph
The impact of fusion-born alpha particles on runaway electron dynamics in ITER disruptions
本文通过动理学模拟研究ITER破裂中聚变α粒子驱动的环向阿尔芬本征模对逃逸电子的影响，发现TAE可显著增强芯部逃逸电子输运并增大平台电流，而大量材料注入可抑制该模式。
2023-03-16 physics.plasm-ph
Effect of bremsstrahlung radiation emission on distributions of runaway electrons in magnetized plasmas
韧致辐射是等离子体中高能电子的一种重要能量损失机制。本文研究了韧致辐射反应对二维动量空间中电子分布的影响。我们表明，韧致辐射的发射导致电子分布函数的非单调功能，并描述如何同时列入同步辐射和韧致辐射损失影响快电子的动力学。我们给出了定量表达式（1）最大电子能量可达到的存在下的韧致辐射损失和（2）当韧致辐射损失预计有一个更强的影响比同步辐射损失，并验证这些表达式的数值。我们发现，在典型的托卡马克方案，同步辐射损失将占主导地位的韧致辐射损失，除了在非常高的密度，如在大量的气体注入的情况下。
2015-11-12 physics.plasm-ph
Post-Disruptive Runaway Electron Beam in COMPASS Tokamak
对于ITER相关的逃逸电子研究，如抑制，缓解，终止和/或控制逃逸束流，获得失控后的电子中断是重要的。在本文中，我们报告的第一个实现放电后分裂逃逸电子束，题为“逃逸平台”，在COMPASS托卡马克。失控平台是由大量的氩气注入产生的。几乎所有的中断与失控的电子平台发生在等离子体电流斜升阶段。在各种参数下比较了有平台和无平台的Ar注入放电。放电的Parametrisation表明，COMPASS中断满足失控高原发生的重要参数范围。这些参数包括电子密度、电场、击穿速度、有效安全系数、最大电流猝灭电场。除了这些典型的参数，等离子体电流值之前的大量气体注入令人惊讶地证明是重要的。
2015-03-10 physics.plasm-ph
On the synchrotron emission in kinetic simulations of runaway electrons in magnetic confinement fusion plasmas
在磁约束核聚变（MCF）等离子体中，如何避免或减缓逃逸电子（RE）的产生，对ITER的安全运行具有重要意义。为了开发这些策略，需要精确的诊断能力，允许在这些等离子体中的RE分布函数的良好估计。在MCF中RE的同步辐射（SR）除了是RE在高能相对论区域中的主要阻尼机制之一之外，在当前的MCF实验中常规地用于推断RE能量和俯仰角分布函数的参数。在本文中，我们解决了长期存在的问题，不同的RE分布函数和它们相应的同步辐射之间的关系，同时包括：全轨道效应，每个电子的SR的光谱和角分布的信息，和基本的几何光学相机。我们研究了极向平面上的空间分布，以及逃逸电子同步辐射谱期望值的统计特性。我们观察到相机测量的同步辐射对RE的俯仰角分布有很强的依赖性，即我们发现相机测量的SR空间分布的新月形形状与小俯仰角的RE分布有关，而椭圆形形状与较大俯仰角的失控分布有关。由相机测量的同步辐射与RE能量、边缘处的q分布的值和所选波长范围的弱依赖性被观察到。此外，我们发现，过度简化的SR的角度依赖性的变化的同步辐射光谱的形状，并高估其振幅约20倍的雪崩RE和约60倍的单能量分布的失控。
2017-07-13 physics.plasm-ph
Evaluation of the Dreicer runaway generation rate in the presence of high-Z impurities using a neural network
电子逃逸的综合建模需要计算成本高昂的动力学模型，这些模型与背景等离子体参数的演变自洽地耦合。通过使用参数化的失控生成率，而不是解决完整的动力学问题，可以减少计算费用。然而，目前可用的生成率忽略了几个重要的影响，特别是，他们是无效的部分电离杂质的存在下。在这项工作中，我们构建了一个多层神经网络的德莱塞失控生成率，这是训练的动力学模拟进行了广泛的等离子体参数和杂质的数据。神经网络准确地再现德莱塞失控的动力学求解器获得的生成率。通过实施它在流体失控电子建模工具，我们表明，改进的生成率导致显着差异的自洽失控动态相比，使用以前可用的公式失控生成率的结果。
2020-01-24 physics.plasm-ph
Post-Thermal Quench Shattered Pellet Injection for small Runaway Electron seed depletion in ITER
研究了在ITER中断的热淬灭阶段之后使用破碎颗粒注入的可能性，以便在逃逸电子（RE）种子能够充分雪崩之前耗尽它们。分析和数值估计所需的注入率的碎片渗透到形成RE束和停止RE。还估计了在电流猝灭（CQ）变得太短之前可以吸收多少材料。看来，如果使用氢芯块，在CQ期间注入的芯块的所需数量将是令人望而却步的，至少考虑到ITER中断缓解系统（DMS）的当前设计。对于氖或氩，所需的颗粒数量虽然很大，但可能在ITER DMS的范围内，但吸收的部分必须非常小。其他材料可能更适合，但需要对ITER DMS进行修改。
2020-07-03 physics.plasm-ph
Plasma steering to avoid disruptions in ITER and tokamak power plants
操纵托卡马克等离子体通常被视为避免破坏和逃逸电子的一种方法。等离子转向听起来像开车上班一样安全，但将显示出更接近于在结冰的道路上通过浓雾高速驾驶。与可以预见危险的时间相比，终止ITER放电所需的时间很长，类似于在浓雾中驾驶。如果失去了对血浆的控制，重新获得控制的难度就像在结冰的道路上开车一样。破坏和失控与三个问题有关-解决其中一个问题往往会使其他两个问题的解决方案复杂化：失去等离子体位置控制，过度的热沉积，以及由于失控电子而导致的壁熔化。这三个风险都必须得到解决，ITER才能实现其使命，并在部署托卡马克发电厂之前基本消除。
2021-03-26 physics.plasm-ph
The hot-tail runaway seed landscape during the thermal quench in tokamaks
在等离子体终止中断中，由快速冷却产生的热尾所产生的逃逸电子布居是下一个步骤托卡马克装置（如ITER）的一个严重问题。在这里，我们提出了一个全面的治疗的热淬火，包括超热电子动力学，热量和粒子的传输，原子物理学，和径向损失由于磁扰动：过程是密切相关的和必不可少的评估失控的种子中断减轻材料注入。我们确定的限制注入的杂质密度和磁扰动水平的失控种子电流是可以接受的，而没有过多的热能通过粒子的影响损失到壁。一致的建模的产生和损失表明，失控的光束往往形成的等离子体的边缘附近，在那里他们可以通过外部扰动deconfined。
2021-06-03 physics.plasm-ph
Runaway electron velocity-space observation regions of bremsstrahlung hard X-ray spectroscopy
重建磁约束聚变等离子体中逃逸电子（RE）的分布函数，研究了等离子体破裂过程中逃逸电子束的动力学行为。鉴于使一个二维的，能量间距重建的RE速度空间，在这项工作中，我们提出了一个计算的权重函数的韧致辐射发射的REs。权重函数允许桥接的韧致辐射频谱与RE速度空间，因为它们告诉区域的速度空间，有助于一个特定的光谱测量。结果被应用于调查的RE速度空间灵敏度的硬X射线诊断安装在欧洲联合环。
2022-04-29 physics.plasm-ph
An advection-diffusion model for cross-field runaway electron transport in perturbed magnetic fields
裂变产生的逃逸电子（RE）是ITER面临的一个突出问题。RE生成的预测计算研究依赖于轨道平均计算，因此，它们缺乏来自磁场随机性的影响。由于随机性是自然存在于破坏后的等离子体，外部诱导的随机性提供了一个突出的机制，以减轻RE雪崩，我们提出了一个对流扩散模型，可用于耦合轨道跟踪代码的轨道平均工具，以捕捉交叉场运输，并克服后者的限制。输运系数通过蒙特卡罗方法进行评估。我们发现，扩散系数显着不同，从著名的Rechester-Rosenbluth结果。我们还证明了包括平流的重要性：它有一个双重的作用，无论是在模拟运输障碍所产生的磁岛和放大的岛屿不存在的地区的损失。
2016-06-14 physics.plasm-ph
Modeling the complete prevention of disruption-generated runaway electron beam formation with a passive 3D coil in SPARC
在托卡马克等离子体突然终止过程中，可能形成相对论性“逃逸”电子（RE）的多兆安培束，这对托卡马克作为聚变能源的发展构成了重大挑战。在这里，我们使用最先进的破坏磁流体动力学模型，结合RE产生和传输的自洽演化，表明非轴对称的容器内线圈将被动地防止RE束形成，在托卡马克，紧凑，高场，高电流设备，能够实现聚变增益Q > 2的氘氚等离子体中的中断。
2021-10-20 physics.plasm-ph
Self-consistent modeling of runaway electron generation in massive gas injection scenarios in ASDEX Upgrade
我们提出了第一个成功的模拟诱导中断ASDEX升级从大量的材料注入（MMI）建立逃逸电子（RE）束，从而涵盖了预热淬火，热淬火和电流淬火（CQ）的放电。对于未来的强流聚变装置，如ITER，通过MMI成功抑制RE对于确保容器的结构完整性至关重要。为了计算研究MMI，背景等离子体响应和RE生成之间的相互作用，开发了一个基于1.5D传输代码耦合ASTRA-STRAHL的工具包。电子逃逸描述的国家的最先进的减少动力学模型中存在的部分电离杂质。应用于ASDEX升级放电#33108的氩MMI，实验测量的关键等离子体参数，如线平均电子密度的时间演变，等离子体电流衰减率和后CQ RE电流，很好地再现了模拟。杂质离子通过新经典过程和$q = 2$有理面内规定的附加效应的联合作用被输送到中心等离子体中，以解释实验时间尺度。因此，通过强杂质辐射诱导热崩溃，产生大量的RE人口实验观察。
2020-03-02 physics.plasm-ph
An analytical criterion for significant runaway electron generation in activated tokamaks
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出了一种分析判据，用于预测高性能托卡马克中 runaway 电子生成的条件，考虑了三氢化物β衰变和康普顿散射的影响，并通过流体模拟验证了模型的准确性。
2026-03-20 physics.plasm-ph
Efficient calculation of the moments of runaway electron distribution functions
本文针对等离子体破裂中的逃逸电子问题，以 Fülöp 雪崩分布函数为例，解析并数值计算其零至二阶矩，形成高效 MATLAB 计算规则并评估参数空间中的电流与动能密度。
2024-10-29 physics.plasm-ph
Simulation of VHF signal generated by RREA
相对论逃逸电子雪崩（RREAs）在带电云中发展，产生伽马辐射，可以在地面和近地轨道上观测到。RREAs的无线电发射是雪崩过程的一种研究较少的表现。同时，VHF辐射可用作RREA发展条件的额外信息来源。本文介绍了用GEANT 4软件进行蒙特卡罗模拟计算RREAs产生的VHF信号的方法。我们发现逃逸电子产生的VHF辐射在0.1- 1 MHz频率范围内有一个极大值，其幅度低于背景噪声。
2020-11-02 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Runaway Electron Dynamics in ITER Disruptions with Shattered Pellet Injections
该研究利用 DREAM 系统模拟 ITER 碎丸注入破裂缓解，发现错峰两级注入可改善同化并抑制热尾逃逸电子，但无法使 15 MA DT 等离子体达到可接受电流。
2024-01-25 physics.plasm-ph
First numerical analysis of runaway electron generation in tungsten-rich plasmas towards ITER
本文扩展了 disruption 模拟代码以研究富钨等离子体中的逃逸电子（RE）产生，发现高钨浓度可致极高 RE 电流，热尾机制占主导，为 ITER 缓解技术奠定基础。
2024-04-23 physics.plasm-ph
