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
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
Ultra Long Turbulent Eddies, Magnetic Topology, and the Triggering of Internal Transport Barriers in Tokamaks
托卡马克等离子体的局部非线性回旋动力学模拟表明，当磁场切变很小时，湍流涡旋可以沿磁场线延伸数百个极向圈。通过准确地模拟不同的场线拓扑结构（例如低阶，几乎合理的，或不合理的安全系数），我们表明，这种“超长”的涡流的并行自相互作用可以显着减少热传输。这揭示了新的策略，以提高约束，构成实验可检验的预测，并阐明了过去的观察内部传输障碍。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Transport barriers in symplectic maps
混沌输运是等离子体物理中一个极其重要的问题，特别是与反常输运和湍流有关的问题。另一方面，大量关于混沌输运的信息可以从简单的动力系统中获得，如二维保面积（辛）映射，其中有强大的数学结果，如KAM理论。在这项工作中，我们回顾了最近的工作在面积保持地图的运输障碍，重点是系统不服从所谓的扭曲属性。对于这样的系统，KAM理论不再处处成立，新的动力学特征表现为非电阻重联，无剪切曲线和无剪切分叉。在介绍了一些一般的特点，使用一个标准的非扭曲映射，我们考虑磁场线图磁约束等离子体在托卡马克。
2021-02-05 nlin.CD physics.plasm-ph
A fast low-to-high mode bifurcation dynamics in a tokamak edge plasma gyrokinetic simulation
输运势垒的形成及其与流体和等离子体中剪切流的关系在各种自然和实验室观测中具有根本意义，并且在磁聚变装置中实现经济的能量生产中具有至关重要的意义。在这里，我们报告的第一个观察到的边缘输运势垒形成事件中进行了一个现实的托卡马克边缘几何形状的gyrokinetic模拟。结果表明，湍流Reynolds应力驱动的剪切ExB流与新经典轨道损失协同作用，抑制湍流输运，并在最后一个闭合磁通量表面内部形成输运势垒.
2017-05-08 physics.plasm-ph
Transport Barrier and Spinning Blob Dynamics in the Tokamak Edge
本文利用含X点几何的full-f陀螺动力学PIC模拟并结合理论分析，揭示托卡马克边缘旋转blob与带状剪切层相互作用导致的稳定、捕获及输运势垒形成机制，成功解释H模径向输运低于L模。
2023-07-15 physics.plasm-ph
Notes on a possible phenomenology of internal transport barriers in tokamak
我们提出了一个新的现象学的产生的内部传输障碍，根据Flierl-Petvishvili方程的精确周期解。我们研究这个解决方案的稳定性，并比较后期阶段的流动与合奏的旋涡。
2003-11-28 physics.ao-ph physics.plasm-ph
A self-sustaining mechanism for Internal Transport Barrier formation in HL-2A tokamak plasmas
本文通过非线性回旋动理学模拟研究HL-2A中内部输运垒的形成，提出分阶段机制：早期快离子稀释效应触发ITB，后期由ITB失稳的高频电磁扰动与带状流非线性耦合实现自维持。
2023-07-11 physics.plasm-ph
Turbulence-Induced Safety Factor Profile Flattening at Rational Surfaces in Tokamaks with Low Magnetic Shear
该研究针对低磁剪切托卡马克近有理曲面情形，揭示离子尺度湍流电流通过形成带状磁势波纹和阶梯状安全因子剖面来抑制湍流输运，为ITB形成提供机制解释。
2024-12-02 physics.plasm-ph
Large-mode-number magnetohydrodynamic instability driven by sheared flows in a tokamak plasma with reversed central shear
本文分析了在具有反向中心剪切的位形中，托卡马克安全因子剖面最小q_min附近的亚阿尔文剪切流层的影响。足够强的速度剪切产生了一个快速增长的Kelvin-Helmholtz（KH）类理想磁流体动力学（MHD）模式与主导模式数m，n ~ 10的广谱。有限电阻率的非线性模拟表明，磁重联附近的波纹所造成的KH样涡，湍流结构的形成，和一个扁平的流动剖面。KH模式相比，双撕裂模式（DTM）占主导地位，在较低的剪切速率。讨论了这些结果在具有内输运势垒的托卡马克装置中的可能应用。
2007-01-12 physics.plasm-ph
Intrinsic momentum transport driven by almost-rational surfaces in tokamak plasmas
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
研究发现当安全因子q接近有理数且磁剪切接近零时，局部回旋动理学模型的对称性被打破，导致湍流动量输运驱动等离子体自发旋转，该机制显著强于其他内禀旋转驱动，并产生内禀电流将q拉向有理值，可能有助于非感应电流驱动和内输运垒触发。
2026-05-28 physics.plasm-ph
Neoclassical transport in strong gradient regions of large aspect ratio tokamaks
本文针对大环径比托卡马克强梯度区提出新经典输运模型，放宽以往对温度梯度和平行流梯度的限制，利用守恒量变量简化漂移动理学方程，证明输运由俘获粒子主导，并给出能量通量上下界。
2023-04-19 physics.plasm-ph
Turbulence-Generated Stepped Safety Factor Profiles in Tokamaks with Low Magnetic Shear
本文通过回旋动理学模拟发现低磁剪切托卡马克中湍流产生电流可使安全因子剖面在有理面附近呈阶梯状，从而显著降低热输运，为触发内部输运垒和改善约束提供新机制。
2025-02-06 physics.plasm-ph
Analytic regimes of tokamak plasma
本文提出了当Larmor半径$λ$和角$α$（决定局部坐标的方向）构成复变量$z=x_1+i x_2$的解析函数$w=λe^{iα}$（$x_1$和$x_2$是托卡马克截面的坐标）时，磁约束聚变等离子体的某些状态。众所周知，有效的核聚变需要传输障碍，这可能是由于纬向/极向流;这种流动的出现是由绝热额外守恒（在局部粗节中建立）所暗示的。建议的分析制度是基于全球扩展的额外的保护，运输障碍可能会蔓延到整个托卡马克等离子体。有趣的是，在这些制度，等离子体温度达到最大值往往不是在一个单一的位置（托卡马克截面），但在几个点分开的区域较低的温度。
2022-12-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Low-threshold induced side-scattering instability in the edge transport barrier at O-mode ECRH experiments in magnetic fusion devices
预测了托卡马克边缘输运势垒中的低杂波俘获。这种效应使得在电子回旋共振加热实验中激发低功率阈值绝对参量衰减不稳定性，导致普通微波泵浦的侧向散射成为可能。这种不稳定性会导致目前的机器和ITER中功率沉积轮廓的加宽。
2021-09-28 physics.plasm-ph
Advanced Tokamak: The Strongly Reversed Central Magnetic Shear Profile
本文综述托卡马克强反转剪切剖面的特性、稳定性问题、能量约束优势、产生与维持方式，并列举相关实验、仿真及理论反应堆研究成果，为先进托卡马克稳态商用反应堆研究提供参考。
2024-05-16 physics.plasm-ph
Global electromagnetic gyrokinetic simulations of internal transport barriers in reversed-shear tokamaks
本研究通过低β电磁通量驱动的全球电磁回旋动理学模拟，探究反剪切托卡马克内部输运垒形成条件，明确电子动力学的关键作用及q_min接近有理值的必要性，验证了相关标度规律与自相互作用演化机制。
2024-12-13 physics.plasm-ph
Neoclassical transport and profile prediction in transport barriers
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）
该研究提出了一种适用于大长宽比托卡马克输运屏障的反经典输运理论，揭示了强梯度区域中粒子和动量输运的非线性耦合机制及多解共存现象。
2026-02-22 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
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
Enhanced confinement with increased extent of the low magnetic shear region in tokamak plasma
磁场线的哈密顿表示使人们能够通过使用辛映射（如对称托卡马克及其有界版本）来研究它们在托卡马克中的约束特性，本文介绍了后者。在这个与时间无关的纯磁框架中，我们观察到剪切剖面的局部消失所产生的磁场线的约束的急剧改善。这相当于非扭转条件，其特别地以与安全轮廓（非严格地）单调或具有反向剪切相同的方式起作用。我们挑选出的影响，在其零剪切点附近的安全轮廓的平坦度的量。在所有其他条件相同的情况下，如果低剪切区域的径向范围增加，则剪切轮廓消失的有益效果将增加。具体而言，低剪切区诱导形成一个带的强大KAM环面作为一个内部的传输障碍，其宽度是所有的低剪切区的范围是广泛的。
2009-02-27 physics.plasm-ph
Two-fluid tokamak equilibria with reversed magnetic shear and sheared flow
在双流体模型框架下，研究了反向磁剪切和剪切流作用下托卡马克平衡态的变化规律，这可能对内输运势垒的形成起作用。该研究是基于精确的自洽的解决方案，在圆柱形的几何形状，通过它的影响的磁剪切，s，和“环形”（轴向）和“极向”（方位角）离子速度分量上的径向电场，它的剪切和剪切的ExB速度检查。对于广泛的参数制度的实验关注的事实证明，贡献的环向和极向速度和压力梯度项的电场，其剪切和ExB速度剪切是相同的数量级。s通过压力梯度项对ExB速度切变的影响比通过速度项的影响大。结果表明，与MHD一样，磁场剪切和剪切的环向和极向速度在产生电场中起协同作用，因此ExB速度剪切剖面与ITB放电中观察到的一致，但由于压力梯度项的存在，s对电场、电场剪切和ExB速度剪切的影响比MHD中的强。
2005-05-14 physics.plasm-ph
Advanced scenarios for ITER operation
国际热核实验堆是一项国际实验，被认为是证明聚变能科学和技术可行性道路上的下一个重要和关键步骤。热核实验堆将提供独特的机会，在反应堆相关条件下探索粒子加热、等离子体湍流和湍流输运、等离子体压力的稳定极限以及功率和粒子的消耗等物理学。对托卡马克等离子体中发生的物理过程的更好理解增强了ITER实现其目标的信心。特别是，在提高托卡马克性能的研究方面取得了进展，目的是将放电脉冲长度延长到稳态运行（先进方案）。先进的方案使用修改后的电流密度分布，范围从（i）等离子体，维持一个中心区域与平坦的电流密度分布（零磁剪切），能够在高等离子体压力下运行静止，（ii）放电与离轴最大的电流密度分布（在核心反向磁剪切），能够形成内部传输障碍，以增加等离子体的约束。本文介绍了先进托卡马克放电的物理过程，并概述了不同托卡马克实验的最新结果。
2004-10-27 physics.plasm-ph
Self-interaction of turbulent eddies in tokamaks with low magnetic shear
通过局部非线性回旋动理学模拟，发现低磁剪切托卡马克中沿磁力线延伸的超长湍流涡旋会引发平行自相互作用，影响输运并导致“涡旋挤压”效应，为改善约束和触发ITBs提供了新机制。
2024-04-22 physics.plasm-ph
Turbulence driven particle transport in Texas Helimak
本文分析了德克萨斯州Helimak（K。W. Gentle and Huang He，Plasma Sci.和Technology，10，284（2008）），具有一维平衡的环形等离子体装置，其具有磁曲率和剪切。通过外部电压偏置对径向电场的改变改变光谱等离子体特性，从而引起负偏置值的主导频率和正偏置值的宽带频谱。对于负偏置等离子体放电，传输是高的波传播的相位速度附近的等离子体流速，这表明传输是强烈的波粒子共振相互作用的影响。另一方面，对于正偏压的等离子体有一个反向剪切流，我们观察到，运输几乎为零的无剪切径向区域，在这个区域的运输障碍的证据。
2011-10-20 physics.plasm-ph
Discovery of Density Limit Disruption Induced by Core-localized Alfv${é}$nic Ion Temperature Gradient Instabilities in a Tokamak Plasma
Center for Fusion Sciences, Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院聚变科学中心）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院等离子体物理研究所）
研究发现核心局部化阿尔维恩离子温度梯度不稳定性引发等离子体密度限制破坏，为未来聚变反应堆提供关键理解。
2026-01-22 physics.plasm-ph
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
Poloidal inhomogeneity of the particle fluctuation induced fluxes near of the LCFS at lower hybrid heating and improved confinement transition at the FT-2 tokamak
本文介绍了FT-2的光谱和微湍流实验数据及其分析。结果表明，FT-2中LH加热（LHH）产生的径向电场Er足以形成输运势垒。当LHH关闭时，ETB形成。在两个不同的极向角下，测量了太阳光LCFS附近的径向涨落引起的E B漂移通量密度。为此目的，使用两个朗缪尔探针位于低场和高场侧的环面。登记的极向和径向分量的电场和密度波动在同一时间在一个放电允许测量的极向不对称的传输减少机制的径向和极向粒子通量在SOL中。绝对E（~）涨落水平与Er切变的符号有关。用X模起伏反射法研究了LCFS附近L-H跃迁中极向ErxB旋转剪切E-B对微尺度湍流的影响。新的数据是通过空间光谱技术获得的。
2004-10-19 physics.plasm-ph
Quantifying experimental edge plasma evolution via multidimensional adaptive Gaussian process regression
托卡马克等离子体的边缘密度和温度与能量和粒子约束密切相关，它们的量化是理解边缘动力学的基础。这些量表现出的行为范围从急剧的等离子体梯度和快速瞬态现象（例如，低和高约束制度之间的过渡），以标称固定相。因此，实验边缘测量分析需要强大的拟合技术来捕捉潜在的僵硬时空演变。此外，聚变等离子体诊断不可避免地涉及测量误差，并且数据分析需要统计框架来准确地量化不确定性。本文概述了一个广义多维自适应高斯过程例程能够自动处理噪声数据和时空相关性。我们专注于边缘基座区域，以强调在定量的等离子体的时间依赖性的配置文件，包括传输势垒的形成上的Alcator C-Mod托卡马克的进步。
2021-03-01 physics.plasm-ph
Control of Transport-barrier relaxations by Resonant Magnetic Perturbations
采用三维整体流体湍流第一性原理数值模拟方法研究了共振磁扰动下托卡马克边缘的输运势垒弛豫振荡。结果表明，共振磁扰动有稳定这些弛豫振荡的效果，这种效果主要是由于修改的压力分布与存在的剩余剩余磁岛链和随机层。
2009-02-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental evidence of the non-diffusive avalanche-like electron heat transport events and their dynamical interaction with the shear flow structure
实验结果表明，非扩散类雪崩事件是托卡马克堆芯等离子体中普遍存在的电子湍流热输运过程。在低约束模和弱内输运势垒托卡马克等离子体中，在没有磁流体动力学不稳定性的情况下，观察到它们。此外，电子温度分布图，这表明存在的$E \times B$剪切流层，清楚地表明，以及它们的动态相互作用的雪崩事件。测得的剖面宽度约为$45ρ_i$，这意味着该结构的中尺度性质。
2019-01-28 physics.plasm-ph
Zero-Turbulence Manifold in a Toroidal Plasma
在托卡马克等离子体中，剪切环向流会导致零湍流输运态的分叉。可以达到的最大温度梯度受到平行速度梯度驱动的亚临界湍流的限制。结果表明，q/ε（磁场节距/反纵横比）是剪切托卡马克湍流的关键控制参数。通过降低q/ε，可以在不触发湍流的情况下实现更高的温度梯度，在某些情况下，与在传输势垒中实验发现的温度梯度相当。在零磁剪切极限下，在参数空间（γ_E，q/ε，R/L_T）上映射出零湍流流形，其中γ_E为垂直流剪切，R/L_T为归一化逆温度梯度尺度。在何种程度上，它可以从线性理论构建进行了讨论。
2012-03-29 physics.plasm-ph
Tracking Blobs in the Turbulent Edge Plasma of a Tokamak Fusion Device
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
等离子体中的湍流分析是聚变研究的基础。尽管在过去的15年里，理论模拟取得了广泛的进展，但我们仍然缺乏对磁约束装置（如托卡马克）中湍流的完整和一致的理解。由于驱动湍流现象的高速动力学的不同过程，实验研究具有挑战性。这项工作提出了一种新的应用运动跟踪，以识别和跟踪湍流细丝融合等离子体，称为斑点，在高频视频从气体喷流成像诊断。我们比较了在合成数据上训练的四种基线方法（RAFT，Mask R-CNN，GMA和Flow Walk），然后在托卡马克配置变量（TCV）中从等离子体获得的合成和真实数据上进行测试。从斑点轨迹的分析确定的斑点制度同意与国家的最先进的条件平均方法的基线方法，这些技术的准确性给予信心。传统上，高进入壁垒将托卡马克等离子体研究限制在该领域的一小部分研究人员中。通过公开提供数据集和基准，我们希望向科学和工程领域的广泛社区开放该领域。
2022-08-10 cs.CV physics.plasm-ph
A Symplectic Map Approach to Magnetic Field-Line Dynamics in Tokamaks
School of Electrical Engineering and Computer Science, University of North Dakota（北达科他大学电气与计算机工程学院）；Departamento de Física, Unesp - Universidade Estadual Paulista（圣保罗州立大学物理系）
本研究采用统一框架研究托卡马克的Tokamap映射，揭示了磁力线输运的普适标度规律及磁剪切参数的影响，建立了哈密顿相空间几何与宏观输运性质的联系。
2026-08-07 nlin.CD physics.plasm-ph
Transport barrier formation by LHCD on TRIAM-1M
在TRIMA-1 M（R=0.84m，axb =0.12mx0.18m，BT<8 T）超导托卡马克装置上，在全低混杂电流驱动（LHCD）等离子体中获得了内输运势垒（ITB）。ITB的形成取决于电流密度分布，j（r），由低杂波（LH）的功率沉积而变化。通过在ITB的足点附近沉积LH功率，可维持具有ITB的等离子体长达25秒，这相当于电流扩散时间$τ$ L/R的100多倍。ITB通过由金属杂质积累引起的电流驱动效率的降低而终止。在一定条件下，ITB放电过程中还观察到等离子体电流、密度、温度等的自组织慢振荡（SSSO），其周期与电流扩散时间相当。这种振荡具有粒子排出的能力，因此，它可能作为H模中的边缘局域模，在未来的稳态聚变等离子体中起到避免杂质积累和稀释的作用。
2004-10-20 physics.plasm-ph
Convective radial energy flux due to resonant magnetic perturbations and magnetic curvature at the tokamak plasma edge
共振磁微扰（RMPs）固结作为控制输运势垒弛豫的重要工具，其作用机制仍有待于进一步研究。在这项工作中，我们研究的平衡态的存在下，RMP的简化MHD模型使用三维电磁流体数值代码（EMEDGE3D）与一个单一的谐波RMP（单磁岛链）和多谐波RMP在圆柱形和环形几何。两种不同的平衡态中发现的RMP的存在下，具有不同的特性，为每个使用的几何形状。对于圆柱形的几何形状在一个单一的RMP的存在下，平衡态的特点是由一个强对流的径向热通量和平均极向速度剪切的产生。相比之下，对于环形几何形状的热通量占主导地位的磁颤振。对于多个RMP，高振幅的对流通量和极向旋转基本上是相同的圆柱形的几何形状，但在环形的几何形状的对流热通量和极向旋转只出现与相邻的极向波数$m$，$m-1$，$m+1$之间的线性耦合的岛屿重叠。
2014-05-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Microturbulence studies in RFX-mod
现今的反向场箍缩（Reversed Field Pinches，RFPs）的特征是其核心的准层状磁结构，其边界具有尖锐的内部输运势垒，类似于托卡马克和仿星器。磁混沌的减弱导致伴随粒子和热沿漂移磁力线输运的减少。同时，陡峭的温度梯度的增长可能触发漂移微不稳定性。在这项工作中，我们总结了最近在RFP RFX-mod中所做的工作，以评估离子温度梯度（ITG），陷阱电子模式（TEM）和微撕裂模式等静电和电磁微不稳定性的存在和对运输的影响。
2010-09-10 physics.plasm-ph
Application of interpretable machine learning for cross-diagnostic inference on the ST40 spherical tokamak
针对机器学习“黑盒”模型缺乏可解释性限制其在高风险领域应用的问题，提出一种将其参数化为“灰盒”模型的方法，并应用于ST40球形托卡马克的等离子体诊断，实现了跨架构的模型解释直接比较。
2024-07-26 physics.app-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Effects of the Internal Transport Barrier in the plasma confinement with Resonant Magnetic Perturbations
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；Universidade Federal do Paraná（巴拉那联邦大学）
本研究提出含内输运垒的电流解析模型，通过哈密顿映射分析发现反向剪切拓扑虽利于低电流下ELM控制，但显著降低了对RMP导致全局约束丧失的安全裕度。
2026-09-24 nlin.CD physics.plasm-ph
Electromagnetic turbulence in EAST plasmas with internal transport barrier
CAS Key Laboratory of Frontier Physics in Controlled Nuclear Fusion, School of Nuclear Sciences and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学院前沿物理国家重点实验室，核科学与技术学院，中国科学技术大学）；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）
本研究通过全局非线性电磁 gyrokinetic 模拟，揭示弱反剪切 EAST 托卡马克 ITB 区域的电磁湍流特性，发现电磁效应可抑制高频 ITG 模、增强带状流剪切以降低热导率，为准确计算输运系数提供关键依据。
2026-07-30 physics.plasm-ph
Neoclassical flows in deuterium-helium plasma density pedestals
在托卡马克输运势垒中，轮廓变化的径向尺度可以与典型的离子轨道宽度相媲美，这使得在碰撞动力学中跨通量表面的分布函数的耦合非常重要。我们使用径向全球稳态新古典δf代码Perfect来计算基座中的极向流和环向流以及径向通量。特别是，我们已经研究了这些量的变化，作为等离子体的组成是从一个氘散装物种与氦杂质的氦散装与氘杂质，在特定的配置文件相似的假设。极向分辨的径向通量在径向轮廓变化剧烈的情况下并不是孤立的无发散的，这会导致极向回流的出现。这些流动表现出一个复杂的径向极向结构，延伸到核心的几个轨道宽度，是敏感的突然径向变化的离子温度梯度。我们发现，一个相当大的新古典环形角动量输运可以出现在径向全球的理论，在当地相反。
2017-01-12 physics.plasm-ph
Extending HELENA to incompressible plasma rotation parallel to the magnetic field
等离子体旋转与纬向流和平均流（平衡流）有关，在托卡马克向先进约束区的过渡中起作用，如L-H过渡和内输运势垒的形成。对于不可压缩旋转的平衡是由一个广义的梯度-Shafranov（GGS）方程和一个解耦的Bernoulli型方程的压力。对于平行流，GGS方程可以转化为与通常的GS方程形式相同的方程。在本研究的基础上，后者的方程，我们扩展了HELENA，平衡固定边界求解器。扩展的代码解决了GGS方程的各种自由表面函数项涉及任意阿尔文马赫和密度函数。我们已经构建了转移边界平衡有关的ITER和检查他们的特点，特别是有关的旋转对某些平衡量的影响。结果表明，旋转及其剪切显著影响压力和环向电流密度，对电流密度的影响在平行方向上比在环向方向上更强。此外，构造的平衡点的线性稳定性检查通过应用一个充分条件。
2015-12-11 physics.plasm-ph
Predictions of improved confinement in SPARC via energetic particle turbulence stabilization
高温超导体技术的最新进展导致了托卡马克装置的设计和建造，这是一种紧凑的托卡马克装置，预计将在外部离子回旋共振加热（ICRH）功率高达$25$ MW的情况下达到等离子体盈亏平衡。这份手稿介绍了局部（磁通管）和径向全球gyrokinetic基因（Jenko等，2000年物理等离子体{ \bf 7} 1904）模拟的减少场和电流的H-模式湍流的情况下，显示超热粒子-通过ICRH产生-强烈抑制离子尺度的湍流传输触发快离子诱导的异常传输障碍（F-ATB）。触发机制被识别为快速粒子群和等离子体微不稳定性之间的波-粒子共振相互作用（Di Siena等人2021 Phys. Rev. Lett. { \bf 125} 025002）。通过执行一系列的全球模拟，采用不同的配置文件的热离子，我们表明，这种情况下的融合增益可以大大提高到$\sim 80\%$通过利用这种快速离子稳定机制。还提出了一项研究，以进一步优化高能粒子的配置文件，从而可能导致实验上一个更显着的融合增益。
2022-10-21 physics.plasm-ph
Ion-temperature-gradient turbulence from finite to weak magnetic shear regime
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究揭示弱磁剪切下ITG湍流径向宽度受微各向同性约束，提出临界剪切判据，并经模拟验证，解释内部输运垒形成机制。
2026-09-29 physics.plasm-ph
Quantifying Resolution Limits in Pedestal Profile Measurements with Gaussian Process Regression
Sophelio LLC（Sophelio有限责任公司）
本文利用高斯过程回归量化踏板轮廓测量的分辨率极限，提出新的信息论度量$N_{eff}$，并应用于DIII-D托卡马克的踏板轮廓推断。
2025-12-18 physics.plasm-ph
Transport Impacts of Resonant Island Chains in Fusion Plasmas
Center for Energy Research, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校能源研究中心）；University of California Merced（加州大学默塞德分校）
本研究通过场线追踪、庞加莱分析和蒙特卡洛模拟，揭示嵌套共振岛链的缠结结构控制DIII-D托卡马克磁场线逃逸，提出基于主交点的输运屏障提取方法，并验证转轮叶瓣输运模型。
2026-10-02 nlin.CD physics.plasm-ph
Guiding Center and Gyrokinetic Theory for Large Electric Field Gradients and Strong Shear Flows
将磁化粒子运动的导引中心和回旋运动理论推广到垂直于磁场的大电场梯度区。电场中的梯度直接改变振荡频率，并导致拉莫尔轨道从圆形变形为椭圆形轨迹。为了保持良好的绝热不变量，只能在最低阶对单个坐标有很强的依赖性，使得共振不会产生破坏不变量的混沌运动。当磁通量表面上的梯度占主导地位时，引导中心漂移速度响应于外力而变得各向异性，并且必须包括附加曲率漂移。电极化的强度密度仍然是旋向性的，但极化和磁化强度都被回转频率的变化所改变。该理论可以应用于剪切流，甚至比在高性能托卡马克（H模式）基座的边缘传输势垒中观察到的剪切流更强，即使环向场与极向场一样小甚至更小。然而，该理论保留了类似于标准情况的数学形式，并且可以在现有的仿真工具中轻松实现。
2021-03-20 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Kinetic Optimization of Magnetic Mirror Confinement: Beyond Classical Loss-Cone Theory
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Google Research（谷歌研究）
该研究将磁镜设计建模为PDE约束优化问题，发现经典损失锥理论未涵盖的自洽电场效应及模型对最优磁场构型的影响，指出需考虑等离子体非线性动力学以优化磁镜。
2026-07-30 math.OC physics.plasm-ph
A self-consistent model of the plasma staircase and nonlinear Schrödinger equation with subquadratic power nonlinearity
为L型托卡马克等离子体中输运雪崩和喷流带状流的自组织理论，即所谓的“等离子体阶梯”，找到了一个新的理论基础。“射流纬向流被认为是耦合的非线性振荡器的波包，其特征在于复杂的时间和波数相关的波函数;在平均场近似下，该函数被认为服从具有次二次幂非线性的离散非线性薛定谔方程。它表明，次二次幂直接导致一个白色的Lévy噪声，和一个Lévy分数福克-普朗克方程的径向传输的测试粒子（通过波粒相互作用）。在一个自洽的描述雪崩，这是由白色的Lévy噪声驱动，与射流纬向流，形成一个系统的半渗透性障碍径向运输相互作用。我们认为，等离子体阶梯饱和的边缘稳定的状态，在其附近的雪崩经历一个不断追求的本地化-离域过渡。在转折点，雪崩的事件大小分布被发现是一个幂律$w_τ(Δn) \sim Δn^{-τ}$，与下降指数$τ= ({\sqrt{17}} + 1)/{2} \simeq 2.56$。该值是自洽模型的精确结果。边缘行为带有使其能够与自组织临界（SOC）状态的动态相关联的签名。与此同时，临界指数，属于这种状态，被发现是不一致的经典模型的雪崩运输的基础上沙堆和他们的概括，这表明耦合雪崩射流纬向流系统上不同的组织原则。所得到的结果已被验证的数值模拟的等离子体阶梯使用通量驱动的陀螺动力学代码的L模式Tore-Supra等离子体。
2021-05-06 nlin.CD physics.plasm-ph
