Fast-Ion Deuterium Alpha spectroscopic observations of the effects of fishbones in the Mega-Ampere Spherical Tokamak
利用新安装的快离子氘α谱仪（FIDA），研究了低频（20-50 kHz）环形模数为n \geq 1的啁啾高能粒子模对MAST等离子体中快离子布居的影响。从FIDA诊断的结果，并讨论了这些模式，被称为鱼骨，在等离子体中的反向剪切光的理论认识。快离子人口的测量结果显示，在真实的和速度空间的鱼骨的结果，快速离子的强重新分配。在鱼骨演化过程中的时间分辨测量显示，快离子的径向重新分布，其能量高达初级束注入能量的95%。在有限范围的操作场景中观察到FIDA信号的变化与磁场扰动的峰值时间导数之间的相关性。在某些情况下，由鱼刺引起的信号的瞬时减小可达到模式开始之前的信号强度的50%。
2013-04-24 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
Recent Developments in Bayesian Inference of Tokamak Plasma Equilibria and High-Dimensional Stochastic Quadratures
本文介绍了以力平衡为先验约束的托卡马克平衡贝叶斯推断的最新结果和技术突破。围绕模型参数表示和后验分析的问题进行了讨论和解决。这些观点激发了贝叶斯平衡分析和模拟工具（BEAST）软件的最新进展，该软件目前用于研究英国兆安培球形托卡马克（MAST）实验的平衡（von Nessi \emph{et. al.} 2012 \emph{J. Phys. A} \textbf{46} 185501）。国家的最先进的结果，使用BEAST研究MAST均衡进行了审查，与最近的代码进展被系统地提出，虽然出的手稿。
2014-05-24 physics.plasm-ph
Two-fluid simulations of driven reconnection in the Mega-Ampere Spherical Tokamak
在等离子体启动的合并压缩方法中，在容器内极向场线圈周围形成两个具有平行环向电流的磁通绳，然后合并形成球形托卡马克等离子体。这种启动方法，用于兆安培球形托卡马克（MAST），研究了高伦德奎斯特数和低等离子体β磁重联实验。在本文中，二维流体模拟，以了解潜在的物理过程，并更好地解释实验数据。这些模拟研究的个人和合并的影响，紧纵横比几何和双流体物理合并。理想的自驱动磁通绳动力学耦合到扩散层物理，导致大范围的现象。对于电阻性MHD模拟，通量绳进入标准化电阻率eta <1 E-5的晃动状态。在霍尔-MHD三个制度被发现的定性行为的电流片，取决于电流片宽度的离子声半径的比率。这些是一个稳定的碰撞制度，一个开放的X点制度，和一个中间制度，是非常不稳定的撕裂型不稳定性。在环形轴对称几何中，合并后的最终态是具有嵌套通量面的MAST类球形托卡马克。它还表明，模拟的1D径向密度分布的演变非常类似于汤姆逊散射电子密度测量MAST。根据环形霍尔-MHD模拟的结果，提出了一个直观的解释测量的密度结构的起源。
2013-08-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Runaway dynamics in reactor-scale spherical tokamak disruptions
了解逃逸电子的产生和缓解中断是重要的安全运行的未来托卡马克。本文研究了反应堆尺度球形托卡马克中的逃逸动力学。我们研究了失控发电的严重性，以及典型的缓解计划的基础上，大量的材料注入失控生产的影响。该研究使用数字框架DREAM（破坏失控电子分析模型）进行。我们发现，在许多情况下，缓解策略是必要的，以防止失控电流达到多兆安培的水平。我们的研究结果表明，与适当选择的氘氖混合物的缓解，它是可以实现一个可容忍的失控电流和欧姆电流演变。然而，在这样的参数下，大部分热能损失通过径向传输而不是辐射发生，这造成不可接受的局部热负荷的风险。
2022-08-03 physics.plasm-ph
A kinetic study of microwave start-up of tokamak plasmas
本文提出了一个研究微波启动分布函数随时间演化的动力学模型。分布函数的模型在动量空间中是二维的，但是为了简单和快速计算，没有空间依赖性。在Mega-100球形托卡马克上的实验表明，等离子体电流主要由能量大于$70$ keV的电子携带，并且包括了在这些实验中被认为是重要的效应，即粒子源、轨道损失、回路电压和微波加热，在必要时进行适当的体积平均以给出与空间维度无关的项。该模型预测电子携带的电流与实验中推断的能量相同，尽管电流驱动效率较小。
2017-04-03 physics.plasm-ph
Kinetic instabilities that limit β in the edge of a tokamak plasma: a picture of an H-mode pedestal
利用巨磁球形托卡马克（MAST）重建的等离子体平衡具有足够的分辨率来捕捉等离子体在边缘局域模（ELM）之间的短时间内的演化。紧接着ELM之后，压力P和密度ne的陡梯度在分界线附近形成了裂缝，然后它们扩展到核心。本地陀螺动力学分析的ELM周期揭示了占主导地位的微观不稳定性在垂直波长的离子拉莫尔半径的顺序。这些是基座中的动力学气球模式（KBM）和靠近基座顶部的核心中的微撕裂模式（MTM）。不断发展的增长率谱，支持使用人工局部平衡扫描的陀螺动力学分析，提出了一个新的物理图片的形成和逮捕这个基座。
2012-05-14 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
A packet-level digital hardware twin for commissioning megahertz diagnostic edge AI and plasma control system integration in tokamaks
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；General Atomics（通用原子公司）
本文提出一种分组级数字硬件孪生，用于模拟托卡马克兆赫兹诊断边缘AI系统，以测试诊断到控制接口及故障安全行为，实现91.6微秒中位延迟。
2026-09-29 cs.AI physics.plasm-ph
Two-fluid and magnetohydrodynamic modelling of magnetic reconnection in the MAST spherical tokamak and the solar corona
扭曲磁通量绳普遍存在于空间和实验室等离子体中，通过磁重联使这种磁通绳合并是重组磁场和释放自由磁能的重要机制。并合压缩方案是一种可能的球形托卡马克启动方案，已在Mega托卡马克球形托卡马克MAST上得到应用。两个载流的等离子体环或通量绳通过它们的同类电流的相互吸引而彼此接近，并通过磁重联合并成一个单一的等离子体环，并伴随着大量的等离子体加热。报道了该过程的二维电阻MHD和Hall MHD模拟，并给出了离子和电子温度分布的新结果。还描述了基于松弛理论的模型，该模型现在被扩展到紧纵横比几何。该模型允许预测最终的合并状态和加热。的太阳日冕加热的松弛模型的影响进行了讨论，并提出了一个模型的合并两个或多个扭曲的日冕通量绳，允许不同的意义上的扭曲。
2015-07-27 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
Transition to subcritical turbulence in a tokamak plasma
托卡马克湍流，驱动的离子温度梯度和发生在存在的流动剪切，研究通过本地，离子尺度，静电陀螺动力学模拟（与动力学离子和电子）的条件下，在兆安培球形托卡马克（MAST）的外芯。在离子温度梯度和流动剪切的局部值中进行参数扫描。它表明，实验观察到的状态附近的稳定性阈值，这个稳定性阈值是非线性的：剪切湍流是亚临界的，即该系统是正式稳定的小扰动，但是，给定一个足够大的初始扰动，它过渡到一个湍流状态。提出了一种实现这种转变的方案，并得到了数值结果的支持：在阈值附近，非线性饱和态和与之相关的反常热输运由长寿命相干结构主导，这些相干结构在整个区域漂移，具有有限的振幅，但不是体积填充的;当系统离开阈值进入更不稳定的状态时，这些结构的数量增加，直到它们重叠并且出现更常规的混沌状态。虽然这似乎代表了一种新的情况下过渡到湍流托卡马克等离子体，它是让人想起其他亚临界湍流系统的行为，例如管流和开普勒磁旋转吸积流。
2017-01-09 physics.plasm-ph
Mega-ampère to mega-gauss: the generation of intense magnetic fields using fast pulsed-power drivers
强烈的磁场通过复杂的过程改变了密度极高的物质的性质，这需要在非常恶劣的条件下进行精确的测量。这一努力变得更具挑战性，因为在实验室中产生兆高斯场远非微不足道。本文提出了一种独特而紧凑的方法，在不到150 ns的时间内，在接近半立方厘米的体积内产生2兆高斯以上的场。磁绝缘（保持等离子体消融靠近导线表面）和机械惯性（限制线圈在整个电流放电过程中的运动）使得能够产生强磁场，其中导体的形状以极高的精度和多功能性控制场拓扑结构，从而限制了对精确映射磁场的需求。
2018-05-07 physics.plasm-ph
Novel method of developing broad band AC biasing power amplifier for online turbulent feedback experiment in STOR-M tokamak
研制了一种用于STOR-M托卡马克高频偏置\cite{kn:deb1}和实时湍流反馈实验的脉冲振荡功率放大器。能够在1 kHz-50 kHz频段内提供约$\pm60$ V的输出峰峰值振荡电压和约30 A的电流，任何波形信号均不失真。总输出功率由两级功率运放和末级并联的9个相同的推挽放大器放大。功率放大器的输入信号是在等离子体发射过程中从等离子体浮置电位中采集的，并与托卡马克装置进行了光学隔离，用于实时反馈实验。在这里，滤波后的浮动电位波动具有5 kHz-40 kHz之间的带宽已被放大，并馈送到插入到等离子体边缘的电极，以研究等离子体湍流的响应。观察到由于浮置电位的实时反馈，磁波动被抑制。
2020-04-21 physics.ins-det physics.plasm-ph
Numerical investigation of isolated filament motion in a realistic tokamak geometry
本文介绍了一个模拟几何结构中的孤立灯丝动力学的数值研究，该模拟几何结构代表了Mega托卡马克球形托卡马克（MAST）的刮除层（SOL），以前在[N.R.Walkden et.al，Plasma Phys.Control. Fusion，55（2013）105005]。本文重点研究了在外侧中平面的灯丝截面的演化，并研究了灯丝截面的质心速度与灯丝宽度和电子温度的标度。通过解耦的涡度方程成偶数和奇数奇偶分量的中心的灯丝在双正常方向平行的密度梯度驱动大的速度在双正常（近似极向）的方向，其比例与电子温度呈线性关系。在这方面，增加电子温度会导致灯丝动力学偏离2D行为。尽管3D效果的强烈影响的径向运动的细丝被示出为相对较好地预测的2D缩放。径向速度被发现与电子温度和横截面宽度成正比，表明惯性限制的性质。与两区模型[J.R. Myra et.al，Phys.Plasmas，13（2006）112502]在使用校正的并联连接长度时由于忽略了在灯丝的偏滤器区域中驱动的抗磁电流而实现了合理的一致性。由于灯丝的运动的粒子的运输的分析表明，背景温度有一个弱的径向粒子通量的整体效果，而灯丝的宽度有很强的效果。
2015-08-17 physics.plasm-ph
Simple advecting structures and the edge of chaos in subcritical tokamak plasmas
在托卡马克等离子体中，垂直于驱动温度梯度的剪切流可以强烈地稳定线性模。虽然系统是线性稳定的，但可能会发展出具有持续非线性湍流的区域，即系统是亚临界的。具有小但有限振幅的扰动可能足以将等离子体推入非线性效应占主导地位的状态，从而允许持续的湍流。触发非线性不稳定性的最小阈值为评估托卡马克是否可能停留在静止（层流）状态提供了一个标准。在临界振幅处，轨迹将绘制出混沌的边缘，而不是过渡到湍流状态或衰减到层流状态。令人惊讶的是，一个准行波解被发现作为一个吸引子在这个边缘流形。这个简单的平流解决方案是定性相似，但更简单，雪崩般的爆发在早期的湍流模拟，并提供了一个洞察湍流是如何持续在亚临界等离子体系统。对于较大的剪切率，系统只是对流不稳定，在局部初始扰动下，系统最终会在固定的空间位置恢复到层流状态。
2018-11-12 physics.plasm-ph
Influence of massive material injection on avalanche runaway generation during tokamak disruptions
在ITER等强流托卡马克装置中，失控雪崩会导致种子电子数的大幅放大。我们表明，通过杂质注入的中断缓解可能会显着增加失控的雪崩在这样的设备的增长率。这种效应源于弱电离等离子体中雪崩过程可用的目标电子数量增加，这只能部分地通过快速电子上增加的摩擦力来补偿。我们推导出部分电离等离子体中雪崩增长率的表达式，并研究了杂质注入对雪崩倍增因子和ITER类参数的最终失控电流的影响。对于与中断缓解相关的杂质密度，与先前的预测相比，失控种子的最大放大可以增加数十个数量级。这促使仔细的研究，以确定所需的密度和杂质物种，以获得可容忍的电流淬火参数，以及更详细的建模的失控动态，包括运输的影响。
2019-06-10 physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic equilibrium and neutronics study on MAST-U using Jenga framework
Pranos Fusion Private Limited（普拉诺斯融合私人有限公司）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）
本文利用Jenga框架研究MAST-U托卡马克的磁流体动力学平衡和中子学特性，通过EFIT++重构数据验证了等离子体极向通量分布，并展示了Jenga在系统研究、平衡和中子输运中的综合分析能力。
2026-05-11 physics.plasm-ph
Plasma Turbulence in the Scrape-off Layer of the ISTTOK Tokamak
研究了等离子体在极轴向受限刮除层（SOL）中的湍流特性，重点研究了具有圆形截面的大长径比托卡马克装置ISTTOK。基于漂移减少的Braginskii方程的理论研究进行了线性计算和非线性模拟，在二维和三维的几何形状。确定了驱动湍流的线性不稳定性和确定湍流振幅和SOL宽度的机制。一个明显的不对称性之间存在的低场和高场侧的机器。实验测量和模拟结果之间的比较。
2016-10-02 physics.plasm-ph
Application of high frequency biasing and its effect in STOR-M tokamak
研制了一种脉冲振荡功率放大器，用于向STOR-M托卡马克等离子体边缘电极施加高频偏置电压。该功率放大器可在1 kHz-50 kHz的频率范围内提供高达120 V的峰峰值振荡电压和30 A的电流。电极位于赤道面半径$ρ= 0.88$处。施加电压的频率在放电之间变化。观察到等离子体密度和来自等离子体芯区的软X射线强度通常在1 kHz-5 kHz的较低频率区域以及相对较高的频率区域20 kHz-25 kHz增加，但在它们之间很少增加。在两个频率范围内，从实验数据的推导中观察到$τ_{p}$和$τ_{E}$的增加。利用ASTRA模拟程序对STOR-M托卡马克参数进行了输运模拟，以了解高频分支实验观测背后的物理过程。该模型是基于GAM激发共振频率与Ware-pinch由于振荡电场产生的偏置电压，可以抑制异常输运。模拟结果在密度、粒子约束以及能量约束时间演化方面与实验结果吻合较好。所有这些结果表明，高频偏置能够有效地改善约束。
2020-02-29 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
A Proposed Experiment to Study Relaxation Formation of a Spherical Tokamak with a Plasma Center Column
利用螺旋箍缩等离子体的驱动磁弛豫，可以形成具有等离子体中心柱（PCC）的球形托卡马克（ST）。ST-PCC原则上可以消除与材料中心柱相关的许多问题，这是ST反应器概念的关键弱点。这项工作总结了ST-PCC在通量放大、纵横比和伸长率方面的设计空间，基于Tang和Boozer的零β泰勒松弛分析[Phys. Plasmas 13，042514（2006）]。本文将讨论（1）ST-PCC的平衡和稳定性，（2）工程设计的问题，以及（3）拟议的ST-PCC和意大利正在进行的Proto-Sphera工作之间的主要区别。
2006-05-19 physics.plasm-ph
Turbulent transport in tokamak plasmas with rotational shear
利用非线性回旋动力学方法研究了托卡马克等离子体中存在旋转剪切时的湍流输运。在足够大的流动剪切，线性不稳定性被抑制，但瞬态增长模式驱动亚临界湍流的振幅增加与流动剪切。这导致热通量的局部最小值，表明等离子体约束的最佳E X B剪切值。局部最大的动量通量也观察到，允许在E × B剪切分叉的可能性。热流密度对温度梯度的敏感依赖性在大的流动剪切值下得到缓解，在较低的流动剪切值下，临界温度梯度增大。湍流普朗特数被发现在很大程度上是独立的温度和流量梯度，与一个接近统一的值。
2010-07-20 physics.plasm-ph
Verification of nonlinear particle simulation of radio frequency waves in tokamak
采用全动力学离子和漂移动力学电子建立了聚变等离子体中射频（RF）波的非线性模拟模型，并在Boozer坐标系下用Boris推实现了环形结构中的离子回旋运动。验证了低杂波和离子伯恩斯坦波的线性色散关系和非线性粒子捕获。观察到的参数衰减不稳定性的大幅度泵波衰减到IBW边带和离子回旋准模（ICQM）。ICQM引起离子垂直加热，加热速率与泵浦波强度成正比。
2017-09-17 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
Effects of neoclassical toroidal viscosity on plasma flow evolution in the presence of resonant magnetic perturbation in a tokamak
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
研究探讨了新经典托卡马克粘性对托卡马克中共振磁扰动下等离子体流动的影响，发现其对核心区域旋转剖面有影响，但对共振表面状态无影响。
2026-03-04 physics.plasm-ph
Controlling intense, ultrashort, laser-driven relativistic mega-ampere electron fluxes by a modest, static magnetic field
本文实验证明0.1特斯拉静磁场即可引导30飞秒激光驱动的兆安电子束在钕靶中传播5毫米，通量密度提升近3倍，模拟预测可调谐近单色高能特征，对辐射源、激光聚变和实验室天体物理有重要价值。
2023-11-12 physics.plasm-ph
SPARC Tokamak Error Field Expectations and Physics-Based Correction Coil Design
Columbia University（哥伦比亚大学）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
SPARC环形磁体通过基于物理的校正线圈设计，实现高效误差场校正和抑制边缘局域模，确保高场运行稳定性。
2026-01-18 physics.plasm-ph
Neoclassical toroidal viscosity torque in tokamak edge pedestal induced by external resonant magnetic perturbation
从理论上预测了边缘基座托卡马克装置中等离子体对共振磁扰动（RMP）的响应所引起的新经典环向粘性（NTV）力矩的特征轮廓和大小。对于低- $β$平衡，NTV扭矩由具有相同的RMP主导环向模式数的环向分量主导。NTV扭矩分布被发现是本地化的，其峰值位置由平衡温度（压力）和等离子体响应的分布确定。在一般情况下，NTV扭矩曲线的峰值被发现跟踪基座的位置。NTV扭矩的大小强烈地依赖于基座的$β$值，这表明NTV扭矩在较高的等离子体$β$状态中起更重要的作用。对于固定的等离子体$β$，由于在$1/ν$状态中减少的碰撞性，降低密度因此增加温度也可以增强NTV扭矩的幅度。基于这些发现，我们确定了托卡马克运行制度的显着性的NTV扭矩在边缘基座引起的RMP可以接近那些从其他动量源，如中性束注入。
2017-06-10 physics.plasm-ph
ExB analyzer for fast ion temperature measurements in scrape-off layer of the ASDEX Upgrade and COMPASS tokamaks
离子温度的刮削层是一个重要的量，但很少在高时间分辨率测量。为了实现快速测量间歇性事件，如斑点，一种新的ExB分析仪已被设计。使用E $\times$ B分析仪进行测量不需要电压扫描，而是记录直流偏置集电极上的离子电流，这意味着时间分辨率仅受数据采集系统和放大器电子器件的采样频率限制，这超过了感兴趣事件的典型时间尺度（约10微秒）。该分析仪配备了优化的刀口形状的入口狭缝，减少了选择性离子损失，提高了整体离子传输。分析仪的设计与第一次采集的信号和重建的温度。
2016-12-14 physics.plasm-ph
Analysis of fast ion induced instabilities in tokamak plasmas
在托卡马克等磁约束聚变装置中，约束聚变产生的高能氦核（$α$ -粒子）以维持等离子体的能量平衡是至关重要的。然而，高能离子可以激发各种不稳定性，这可以导致它们增强的径向输运。因此，这些不稳定性可能降低加热效率，并且它们还可能在设备的面向等离子体的部件上引起有害的功率负载。因此，了解这些模式是未来燃烧等离子体实验的关键问题。高能粒子驱动不稳定性的主要问题之一是模式结构的非线性演化。在这篇论文中，我介绍了我在ASDEX Upgrade托卡马克装置中观察到的离轴NBI加热等离子体斜升阶段中的$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）和EP驱动的测地声学模（EGAM）的研究结果。这些模式在软X射线相机的几个视线（LOS）上都很明显，这使得分析它们的空间结构的时间演化成为可能。为了研究径向结构，必须在不同的损耗上确定模式振幅。提出了一种先进的振幅重建方法，该方法可以处理模式频率快速变化和低信噪比的情况。该方法基于短时傅立叶变换，而短时傅立叶变换是研究瞬态类波现象随时间演化的理想方法，在本文中得到了广泛的应用。径向结构分析表明，在观察到的向下啁啾BAE的情况下，径向本征函数的变化小于测量的不确定性，而在快速向上啁啾EGAM的情况下，分析显示模式结构的收缩。这些实验结果与相应的理论相一致。
2015-06-16 physics.plasm-ph
Investigation of turbulent transport regimes in the tokamak edge by using two-fluid simulations
本文利用单零组态磁通驱动双流体模拟的结果，研究了托卡马克边缘湍流输运的过程。确定了三种湍流输运机制：（i）一个发展的输运区，其湍流由交换不稳定性驱动，与托卡马克操作的标准L模式具有许多共同特征，（ii）一个抑制的输运区，其特征在于较高的能量约束时间值，由Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的低振幅相对波动，强E x B剪切流，和一个传输障碍的形成，回忆的H-模式，和（iii）退化的约束制度，其特征在于一个灾难性的大的湍流驱动的湍流传输，这提醒了格林沃尔德密度极限的交叉。我们推导出的压力梯度长度的解析表达式在这三个制度。通过增加热源或降低碰撞性获得从发展的输运状态到抑制的输运状态的过渡，反之亦然，对于从发展的输运状态到退化的约束状态的过渡。的功率阈值的解析表达式，以访问抑制的传输制度，连接到H-模式访问的功率阈值，以及在进入退化的约束制度，相关的格林沃尔德密度之前可实现的最大密度，也来自。实验依赖性的H-模式访问的功率阈值密度，托卡马克大半径，和同位素质量的检索。密度极限的解析估计包含了对等离子体电流和托卡马克小半径的正确依赖。
2020-07-20 physics.plasm-ph
On the Effects of Tokamak Plasma Edge Symmetries on Turbulence Relaxation
本文构建简化的3D Hasegawa-Wakatani模型研究托卡马克边缘湍流弛豫，发现X点对称性因背景与极向扰动共振改变湍流输运特性，且微扰法求解电势动力学不总可行。
2023-09-12 physics.plasm-ph
Onset of internal transport barriers in tokamaks
在磁约束等离子体中，已经发现了减少粒子输运和改善约束的势垒。其中之一，主要的无剪切障碍与非单调等离子体轮廓的极值。以前，我们确定了这些障碍的地图，允许整合的带电粒子运动在漂移波的一个很长的时间尺度所描述的模型。在这项工作中，我们展示了如何存在这些强大的障碍取决于波动幅度和电剪切。此外，我们还发现控制参数的间隔，这些主要障碍的发病和分手是经常性的。在这些转变中，另一个值得注意的特征是在无剪切屏障破裂之后或其开始之前出现颗粒轨迹粘性层。除了上述的主要障碍，我们还观察到序列的二次剪切障碍，以前没有报道，创建和破坏的一个序列的分岔作为主要的控制参数，波动幅度和电剪切，是不同的。此外，在这些分叉中，我们还发现了迄今为止未知的双重和三重次级无剪切障碍，构成了显着的障碍混沌输运。
2021-08-25 physics.plasm-ph
Saturation of fishbone instability by self-generated zonal flows in tokamak plasmas
本研究通过回旋动力学模拟揭示DIII-D中自生带状流主导鱼骨不稳定性非线性饱和，并定量解释实验观测，同时预测ITER中鱼骨导致的高能粒子再分布较弱。
2024-01-22 physics.plasm-ph
Theory of Edge Localized Mode Suppression by Static Resonant Magnetic Perturbations in the DIII-D Tokamak
研究了DIII-D放电#158115基座区等离子体对外部产生的静态（n=2）共振磁扰动（RMP）的响应。在该特定放电中，RMP的共振振幅以1 Hz的频率以摆线方式调制。Hu，Nazikian等人采用合理的假设，即基座顶部的模式穿透是RMP诱导抑制边缘局域模（ELMs）的充分必要条件，（2019）可以定量方式解释在DIII-D放电#158115中观察到的密度泵出和RMP诱导的ELM抑制阈值。本文的主要目的是利用解析理论进一步简化Hu，Nazikian等人的模型，以这样的方式，可以在几分钟的实时时间内对DIII-D H模式放电中RMP诱导的ELM抑制进行完整模拟。第二个目的是获得一个更准确的理解的物理机制，在DIII-D托卡马克RMP诱导的ELM抑制。
2019-09-18 physics.plasm-ph
Bayesian Active Learning of Ion Loss-Cone Boundaries in Tokamaks
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文将托卡马克损失锥边界确定建模为主动学习问题，用贝叶斯逻辑回归与轨道积分器生成损失概率数据库，并展示其在损失分数计算、边缘旋转预测及神经网络代理中的应用。
2026-09-30 physics.plasm-ph
Pellet refuelling of particle loss due to ELM mitigation with RMPs in the ASDEX Upgrade tokamak at low collisionality
在ASDEX升级托卡马克上演示了由边缘局域模（ELMs）缓解引起的等离子体密度损失（泵出）的完全换料。等离子体通过注入冷冻氘丸来补充燃料，并且ELM通过外部共振磁扰动（RMP）来减轻。在这个实验中，相关的无量纲参数，如相对颗粒尺寸，相对RMP振幅和基座碰撞保持在ITER的类似值。密度泵出的加油需要额定加油率增加两倍。能量约束和基座温度不能通过芯块换料恢复到RMP前的值。
2015-10-07 physics.plasm-ph
Magnetic Fluctuations in Gyrokinetic Simulations of Tokamak Scrape-Off Layer Turbulence
理解托卡马克边缘和刮削层（SOL）中的湍流输运物理是研制成功聚变堆的关键。在这些区域中的动态起着关键作用，在实现高融合性能，通过确定边缘基座，抑制H模式中的湍流。此外，反应堆的存活率由容器壁的热负荷决定，因此了解热量沿SOL中的开放磁场线流动时的湍流扩散非常重要。大幅波动、磁X点几何形状以及等离子体与材料壁的相互作用使得模拟边缘/SOL中的湍流比核心区域更具挑战性，需要专门的陀螺动力学代码。此外，包括在陀螺运动模拟，可以处理边界等离子体的独特挑战的电磁效应是至关重要的理解的现象，如基座和ELMs，电磁动力学预计是重要的。在这篇论文中，我们开发了第一个能力来模拟开放磁场线上的电磁回旋湍流。这是一个重要的一步，全面的电磁陀螺运动模拟的耦合边缘/SOL系统。通过使用一个连续的全f的方法，通过一个节能的不连续Galerkin（DG）离散方案，避免了安培抵消问题，我们表明，电磁波动可以处理在一个强大的，稳定的，和有效的方式在Gkeyll代码的gyrokinetic模块。然后，我们提出的结果，大致模拟刮落层的国家球形环面实验（NSTX），并表明电磁效应可以影响斑点的动力学和运输。我们还制定了gyrokinetic系统在现场对齐的坐标建模现实的边缘和刮落层的几何形状在实验中。
2021-03-30 physics.plasm-ph
Shaping the edge radial electric field to create shearless transport barriers in tokamaks
本文通过ExB漂移模型研究托卡马克边缘径向电场分布对创建无剪切输运垒的影响，发现增加势阱深度或势丘高度可增强STB抗涨落能力，从而实现改善的约束模式。
2023-06-02 physics.plasm-ph
Transitions to improved confinement regimes induced by changes in heating in zero-dimensional models for tokamak plasmas
结果表明，快速的实质性变化的加热速率可以诱导过渡到改善的能量约束制度在零维模型托卡马克等离子体现象。本文首次研究了E-J.Kim和P. H. Diamond模型中加热速率阶跃变化的影响。90，185006（2003）和M. A. Malkov和P. H. Diamond，Phys.Plasmas 16，012504（2009），其非线性地耦合演化的温度梯度、微湍流和中尺度流;以及在H.Zhu，S. C. Chapman和R. O. Dendy，Phys.Plasmas 20，042302（2013）的扩展中，其耦合到第二中尺度流分量。温度梯度上升，正如通过与融合上下文类比定义的约束时间一样，而微湍流被抑制。该结果对加热上升时间的变化和对引入额外变量到模型中具有鲁棒性。它还表明，振荡的加热速率的变化可以驱动微湍流的水平，通过一个周期加倍的路径混沌，其中的加热速率的振荡分量的幅度是控制参数。
2014-06-18 physics.plasm-ph
Broadening of the Divertor Heat Flux Profile in High Confinement Tokamak Fusion Plasmas with Edge Pedestals Limited by Turbulence in DIII-D
针对未来托卡马克排热层过窄问题，本研究在DIII-D高约束低碰撞率台基中通过增强边缘湍流使热通量宽度与偏滤器扩散展宽近乎加倍，并由XGC模拟和探针测量证实。
2024-08-05 physics.plasm-ph
An active feedback recovery technique from disruption events induced by m=2 n=1 tearing modes in ohmically heated tokamak plasmas
本文介绍了在RFX-mod装置上对m=2，n=1撕裂模进行磁反馈控制的实验结果。q（a）<2等离子体中m=2，n=1非共振电阻壁模（RWM）的反馈抑制是RFX-mod的一个公认结果，而q（a）>2平衡态中撕裂模的控制则是一个比较困难的问题。实际上，只有当共振面q=2接近等离子体边缘，即2<q（a）<2.5，且电子密度不超过Greenwald极限的一半时，才能通过反馈阻止振幅m=2，n=1的撕裂模引起的破裂。因此，撕裂模式和q（a）控制的组合技术已被开发，以恢复从最关键的条件下的放电：潜在的破坏性撕裂模式被转换为相对良性的RWM突然降低q（a）低于2。实验证明了100%的成功案例的概念。根据RFX-mod环形回路电压电源的能力，通过等离子体电流实现了q（a）的控制，并提出了一种通过作用于等离子体形状来控制q（a）的方法，该方法适用于中等尺寸的细长托卡马克装置。
2015-03-03 physics.plasm-ph
Lower Hybrid antennas for nuclear fusion experiments
核聚变研究的目标是证明聚变发电用于和平目的的可行性。为了达到类似于核聚变发电厂的预期条件，必须产生温度高达数亿度的等离子体，并维持很长一段时间。为此，在实验托卡马克中通常使用向磁化约束等离子体提供数兆瓦功率的RF天线。在千兆赫频率范围内，称为“低混合”（LH）天线的高功率相控阵列用于延长等离子体持续时间。本文回顾了Tore Supra托卡马克装置中LH天线的一些技术问题，并介绍了国际ITER实验中20 MW LH系统的设计。
2015-03-17 physics.plasm-ph
Larmor radius effect on the control of chaotic transport in tokamaks
本文通过引入二阶回旋平均扩展模型，研究了有限拉莫尔半径对托卡马克中混沌输运及无剪切输运势垒的影响，发现增大拉莫尔半径能增强势垒鲁棒性并降低轨道逃逸率，从而有效抑制混沌输运。
2024-11-12 physics.plasm-ph
TokaMark: A Comprehensive Benchmark for MAST Tokamak Plasma Models
IBM Research Europe（IBM欧洲研究院）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能局）；STFC Hartree Centre（STFC哈特ree中心）
为解决聚变数据稀缺、分散且标注不一致的问题，提出TokaMark基准，包含14项任务，统一多模态聚变数据访问和评估协议，并提供基线模型，以加速数据驱动的AI等离子体建模。
2026-06-12 cs.AI physics.plasm-ph
Energetic Consistency and Momentum Conservation in the Gyrokinetic Description of Tokamak Plasmas
陀螺运动场论是在一般哈密顿量的背景下解决的。背景磁几何是静态的和轴对称的，并且拉格朗日量对动力学变量的所有依赖都是在哈密顿量或自由场项中。场的方程由函数导数给出。通过哈密顿量的对称性与时间和几何的环角不变性导致能量和环动量守恒。在对涨落幅度的不同排序水平中，能量一致性是精确的。强调了这一点在支持守恒定律中的作用。局部输运方程的涡量，环动量，和能量的推导。特别是，动量方程示出任何形式的哈密尔顿表现良好，并放宽其磁流体动力学（MHD）的形式时，采取长波长近似的哈密尔顿。目前使用的几种形式，这些形式的基础上，大多数全球性的模拟，被证明是很好地定义内的gyrokinetic场论和精力充沛的一致性。
2010-10-11 physics.plasm-ph
Charge dependence of neoclassical and turbulent transport of light impurities on MAST
碳和氮杂质输运系数确定重复L-模式放电过程中进行的气体吞吐实验的巨型磁球托卡马克（MAST），并与以前的分析氦杂质输运MAST进行比较。在等离子体的低场侧测量杂质密度分布，因此本文主要关注轻杂质，其中极向不对称对杂质输运的影响预计可以忽略不计。在等离子体核心中发现了碳和氮的弱屏蔽，而氦密度分布在整个等离子体半径上达到峰值。
2015-08-03 physics.plasm-ph
Implementation of synthetic fast-ion loss detector and imaging heavy ion beam probe diagnostics in the 3D hybrid kinetic-MHD code MEGA
合成的快离子损失探测器（FILD）和成像重离子束探针（i-HIBP）已经在三维混合动力学-磁流体动力学程序MEGA中实现。利用MEGA模拟了中性束注入（NBI）驱动的阿尔文本征模（AE），首次获得了这两种诊断的综合测量结果。合成快离子损失与AE幅度有很强的相关性。这种相关性是在相空间中观察到的，用坐标环正则动量和能量表示。快离子损失和受限粒子数的能量交换图与常数E'（E和P的线性组合）的线相连。第一个i-HIBP合成信号也已计算出模拟AE，显示出约1 mm量级的走向线位移，高于i-HIBP闪烁体中约100 μm的预期分辨率。
2022-03-23 physics.plasm-ph
Wide operational windows of edge-localized mode suppression by resonant magnetic perturbations in the DIII-D tokamak
在DIII-D托卡马克装置中，共振磁扰动（RMP）对边缘局域模（ELM）的抑制通常发生在等离子体电流（或磁安全因子q95）的非常窄的范围内。然而，为了ITER和未来反应堆的安全性和操作灵活性，需要宽范围的q95 ELM抑制。在DIII-D ITER相似形状（ISS）等离子体与n=3 RMP，ELM抑制的q95的范围被发现随着电子密度的降低而增加。非线性双流体MHD模拟重现所观察到的Q95窗口ELM抑制和对等离子体密度的依赖性，基于在基座顶部的谐振场穿透的条件。当RMP振幅接近共振场穿透的阈值时，只有狭窄的孤立磁岛在基座顶部附近形成，导致ELM抑制的窄q95窗口。然而，由于场穿透的阈值随着密度的降低而降低，因此谐振场穿透可以在更宽的q95范围内发生。对于足够低的密度（穿透阈值），多个磁岛在基座顶部附近形成，从而产生连续的q95 ELM抑制窗口。该模型预测，通过转向更高的环形模数（n=4）RMP，可以在DIII-D中大幅提高基座压力的情况下实现ELM抑制的宽q95窗口。
2020-07-01 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
The GBS code for the self-consistent simulation of plasma turbulence and kinetic neutral dynamics in the tokamak boundary
新版本的GBS（Ricci等人，Plasma Phys. Control. Fusion 54，124047，2012; Halpern等人，J. Comput. 315，388-408，2016; Paruta等人Phys. Plasmas 25，112301，2018）。GBS是一个三维、通量驱动、全局、双流体湍流程序，用于托卡马克边界等离子体湍流和动力学中性动力学的自洽模拟。在这里提出的新版本中，模拟域被扩展到包括整个等离子体体积，避免了与核心的人工边界，因此保留了核心-边缘-SOL的相互作用。一个新的环形坐标系的引入，以增加代码的灵活性，允许模拟任意的磁配置（如单零，双零和雪花配置），这也可以是一个实验放电的平衡重建的结果。提出了一种新的迭代求解泊松和安培方程的实现，导致显着的速度加快的代码相对于使用直接求解器，因此允许有效的电磁模拟，避免使用的Boussinesq近似。自洽的动力学中性模型，最初开发的有限的配置，移植到磁配置考虑目前版本的GBS和仔细优化。一个新的MPI并行化实现并行进化的等离子体和中性模型，从而提高代码的可扩展性。等离子体和中性模型的数值实现是通过制造解决方案的方法进行验证。作为GBS新版本的模拟能力的一个例子，TCV托卡马克放电的模拟。
2021-12-07 physics.plasm-ph
Turbulent transport of fast ions in tokamak plasmas in the presence of resonant magnetic perturbations
该研究采用试验粒子输运模型与直接数值模拟，探究共振磁扰动下托卡马克快离子湍流输运特性，明确有限拉莫尔半径、磁扰动振幅等的影响，发现湍流与磁扰动的非线性耦合增强径向扩散，并提出输运系数通用标度律。
2020-11-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
ExB drift particle transport in tokamaks
本文通过漂移波试验粒子模型研究托卡马克中电场和磁场剖面对ExB漂移粒子输运的影响，发现剪切剖面及非单调场产生的无剪切输运垒能显著降低输运系数。
2023-05-31 nlin.CD physics.plasm-ph
