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
Nonlinear excitation of fine-radial-scale zonal structures by toroidal Alfven eigenmode
导出了一组描述单个环形Alfven本征模非线性演化的方程组，包括零频率带状结构（ZFZS）的产生和波粒相空间非线性。忽略波粒相空间非线性的简化情况下，然后研究集中在不同的角色高能粒子和散装等离子体ZFZS生成。结果表明，在不同的非线性阶段，高能粒子和体等离子体在零频区的产生中起主导作用，相应的过程是不同的。ZFZS生成的几个性质，例如，精细与中尺度，强迫驱动与自发激发，通过本分析澄清。
2016-12-10 physics.plasm-ph
On Nonlinear Scattering of Drift Wave by Toroidal Alfven Eigenmode in Tokamak Plasmas
本文以电子漂移波为范例，解析研究了托卡马克等离子体中其与环向阿尔芬本征模的直接波-波相互作用，发现TAE非线性散射对eDW稳定性的净效应可忽略，与反向过程存在显著差异。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Toroidal L and H equilibria with axisymmetric rotations
用一组特定的源函数求解了具有环向和极向旋转的轴对称环向平衡。这两个独立的解决方案与L和H模式。L/H转变被认为是从一种平衡构型到另一种平衡构型的分叉，在强外部加热和颗粒注入下形成温度和密度分布。由于H解的陡的边缘梯度，大的静态径向电场、带状流和改进的约束是H模式的结果，而不是原因。
2009-02-04 physics.plasm-ph
Indirect nonlinear interaction between toroidal Alfvén eigenmode and ion temperature gradient mode mediated by zonal structures
本文基于非线性回旋动理学理论研究TAE与ITG间的间接非线性相互作用，推导并求解非线性ITG模方程，发现TAE拍驱动的带状结构对ITG仅有微弱失稳效应，纠正了以往推测。
2024-08-28 physics.plasm-ph
The shear Alfvén continuum with a magnetic island chain in tokamak plasmas
用理想磁流体力学（MHD）理论研究了单岛链托卡马克的剪切阿尔文连续谱。我们已经考虑到环形几何形状和环形模式耦合的岛屿被认为是一个高度成形的仿星器。由于其极轴和环轴的不对称性，各种新的频率间隙在岛内部打开，例如螺旋诱导的阿尔文本征模（MAE）间隙和螺旋诱导的阿尔文本征模（HAE）间隙。我们已经表明，MAE间隙作为外环形阿尔文本征模（TAE）间隙到岛的延续。然而，随着岛屿的增长，合并的TAE/MAE间隙变得越来越窄，只剩下其原始宽度的一半，中等岛屿大小高达小半径的3.2%。此外，二维本征函数的连续模式的下尖端的MAE间隙现在有高度本地化的结构周围的岛屿的长轴，相反，通常的振荡的全球解决方案发现没有或低水平的环形不对称性-一个迹象表明的连续谱变得离散和密集。这些结果的频率，模式结构和连续阻尼的全球TAE驻留在间隙的影响。
2022-11-22 physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on zero frequency zonal structure generation by drift Alfven wave instabilities in toroidal plasmas
本文利用非线性回旋动理学理论推导了ZFZS与DAW相互作用的控制方程和非线性色散关系，研究了等离子体非均匀性对带状结构激发的影响，并指出KBM激发带状流的条件对等离子体参数敏感。
2024-08-01 physics.plasm-ph
Influence of plasma shaping on the parity of core-localized toroidal Alfvén eigenmode in an advanced tokamak configuration
College of Sciences, Tianjin University of Science and Technology（天津科技大学理学院）
研究了等离子体形状对先进托卡马克配置中核心局域环形阿尔法特征模奇偶性的影响，发现等离子体形状变化导致模式奇偶性由奇变偶。
2025-12-19 physics.plasm-ph
Numerical solutions of resistive finite-pressure magnetohydrodynamic equilibria for non-axisymmetric toroidal plasmas
开发了一种混合谱/有限元代码，通过结合双曲平行阻尼方程和动态电阻弛豫，无需假设嵌套磁通面即可数值求解非轴对称环形系统中的电阻性有限压力磁流体动力学平衡，并成功应用于stellarator、tokamak和reversed-field pinch等多种系统。
2024-12-25 physics.plasm-ph
Bi-directional Alfvén Cyclotron Instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
在MAST超阿尔文NBI实验中，研究了在~0.34 T ~~0.585 T的宽环形磁场范围内，高能束离子速度梯度激发的阿尔文回旋不稳定性.在具有高磁场的MAST放电中，在子回旋频率范围内的模式的离散谱被激励成与束流和等离子体电流相反的环形传播（环形模式数n < 0）。
2014-04-25 physics.plasm-ph
Numerical study of transition between even and odd toroidal Alfvén eigenmodes on EAST
利用NIMROD程序实现的混合动力学MHD（HK-MHD）模型对EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）上高能粒子驱动的环面Alfvén本征模（TAE）进行了线性模拟。利用基于实验测量的EFIT程序重建了EAST平衡。采用“慢化”分布模型模拟了EAST上氘中性束注入的高能离子的平衡分布。本征值分析和NIMROD模拟的频率、主导极向模数、径向位置和详细的TAE/RSAE/TAE模式的二维模式结构是一致的。随着EP的$β$分数的增加，偶TAE和奇TAE之间的转变以及气球和反气球模式结构之间的转变发生。当EP的$β$分数接近转换阈值时，两种类型的TAE共存。
2019-05-06 physics.plasm-ph
ECOM: a fast and accurate solver for toroidal axisymmetric MHD equilibria
我们提出了ECOM（通过COnformal映射的平衡求解器），一个快速和准确的固定边界求解器的toroidally轴对称磁流体动力学平衡有或没有一个环形流。ECOM结合保角映射和傅立叶和积分方程方法的单位磁盘上实现指数收敛的极向通量函数以及其第一和第二偏导数。由于其高阶精度，对于密集网格和类似托卡马克的伸长，ECOM以比基于有限元的代码CHEASE更高的精度计算关键量，例如安全因子和磁剪切[H. Lütjens \textit{et al.}，Computer physics communications 97，219（1996）]。ECOM已经发展到提供平衡的数量和细节的通量轮廓的几何形状作为输入的稳定性，波传播和运输代码。
2014-09-11 physics.plasm-ph
On nonlinear saturation of toroidal Alfvén eigenmode due to thermal plasma nonlinearities
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Center for Nonlinear Plasma Science and C.R. ENEA Frascati（非线性等离子体科学中心及恩瑞亚弗拉斯卡蒂研究中心）；Institute for Fusion Theory and Simulation, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院聚变理论与模拟研究所）；Key Laboratory of Frontier Physics in Controlled Nuclear Fusion and Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院等离子体物理研究所及受控核聚变前沿物理重点实验室）；De Vinci Higher Education, De Vinci Research Center（德文奇高等教育机构及德文奇研究中心）
研究热等离子体非线性效应下环向阿尔芬特征模的非线性饱和，通过gyrokinetic粒子-细胞模拟和理论分析，发现热等离子体非线性效应主导饱和水平，且与线性驱动无关，同时发现频率随振幅增加而降低，最终模式与连续谱合并实现饱和。
2026-04-16 physics.plasm-ph
Results from the Alfvén Eigenmode Active Diagnostic during the 2019-2020 JET deuterium campaign
本文介绍了在2019-2020年氘活动期间JET托卡马克中Alfvén本征模主动诊断（AEAD）操作期间观察到的模式激发的广泛分析结果。八个环形间隔天线，每个独立的功率和相位，六个成功地在479等离子体中积极激发稳定的MHD模式。总共有4768个磁共振被多达14个快速磁探针检测到。在这项工作中，我们提出了计算的谐振频率$f_0$，阻尼率$γ< 0$，和环形模式数$n$，跨越参数范围$f_0 \approx$ 30 - 250 kHz，$-γ\approx$ 0 - 13 kHz，和$\vert n \vert \leq 30$。一般而言，共振频率与计算的环形Alfvén本征模频率之间以及AEAD应用的环形模数与激发共振的估计值之间存在良好的一致性。我们注意到数据库中的几个趋势：共振检测的概率随着等离子体电流和外部加热功率而降低;归一化阻尼率随着边缘安全因子而增加，但随着外部加热而降低。这些结果为准备未来的实验活动提供了关键信息，并在即将到来的DT活动期间更好地了解α粒子存在下Alfvén本征模的激发和阻尼物理，从而有信心地推断未来的托卡马克。
2020-07-18 physics.plasm-ph
Multi-scale analysis of global electromagnetic instabilities in ITER Pre-Fusion-Power Operation plasmas
全球电磁陀螺动力学模拟与粒子在细胞代码ORB 5的ITER预聚变功率运行（PFPO）等离子体的情况下，与半场（2.65 T）和半电流（7.5 MA）。我们报告的“多尺度”分析的放电，考虑本征模和不稳定性跨越三个尺度的长度。虽然该方案名义上将有中性束加热与粒子注入1 MeV，阿尔文本征模式进行了研究，在没有这样的源，和反向剪切（RSAE），环形（TAE）和椭圆（EAE）阿尔文本征模式被发现与弱阻尼适度低的环形模式数（$10 \leq n \leq 35$）。在更高的环形模数（$40 \leq n \leq 70$），不稳定的阿尔芬模式已被观察到接近合理的表面，并被标记为β诱导阿尔芬本征模式（BAE）/阿尔芬离子温度梯度（AITG）模式，因为它们的频率与BAE间隙相关，它们是由阿尔芬连续体上的体等离子体驱动的。这些模式在没有高能粒子的情况下是不稳定的，并且添加一种高能粒子（具有各向同性的1 MeV减速分布）对其生长速率的影响可以忽略不计。在较高的环模数（$150 \lessapprox n < 220$），低频微尺度不稳定性观察。
2022-03-03 physics.plasm-ph
Nonlinear axisymmetric resistive magnetohydrodynamic equilibria with toroidal flow
在非线性磁流体力学理论框架内，研究了导体包围的纯环形流的电阻轴对称等离子体的平衡问题。证明了：a）极向电流密度为零; b）除理想情况外，等离子体边界上的压力分布应为零。对于等温磁面、等熵磁面和等密度磁面，其平衡态服从极向磁通量函数的椭圆型偏微分方程，其形式与理想平衡态的相应方程相同。电导率既不可能是均匀的，也不可能是一个表面量，但它会限制平衡解的可能类别，例如，对于所考虑的情况，具有斯皮策电导率的唯一可能的平衡是圆柱形的。
1997-09-16 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with anisotropic resistivity and toroidal flow
在磁流体力学框架下研究了具有各向异性电阻率和环形流动的轴对称磁约束等离子体的平衡问题。定态由极向磁通量函数的椭圆微分方程、压强的伯努利方程以及平行于和垂直于磁场的电阻率分量的两个关系式确定。本文用本征函数和精确解研究了矩形截面托卡马克中磁表面上温度不变但密度变化的“可压缩”流和磁表面上温度不变但密度不变的不可压缩流的平衡特性。这些本征函数可以描述单个或多个环形配置。在前一种情况下的平衡具有以下特点：（i）的轮廓的电阻率的组件上的极向横截面上大致碰撞（ii）的电场垂直于磁表面具有两个局部极值内的等离子体和消失的边界上和（iii）的环形电流密度的峰值接近磁轴和消失的边界上。对于“可压缩”和不可压缩流，评估了流和纵横比对上述量的影响。
2005-06-16 physics.plasm-ph
NIMROD calculations of energetic particle driven toroidal Alfvén eigenmodes
环形阿尔芬本征模（TAE）是在没有连续介质阻尼的情况下，由托卡马克等离子体的环形性引起的间隙模。当高能粒子（EP）驱动超过其他阻尼时，它们可以被激发。本文研究了国际托卡马克物理活动（ITPA）提出的TAE基准案例。采用NIMROD程序中的混合动力学-MHD（HK-MHD）模型，对圆形大长径比托卡马克装置中电脉冲驱动的TAE线性增长进行了数值计算。该HK-MHD模型通过动量守恒方程的矩闭合将EP的delta f粒子单元（PIC）表示与体等离子体的3D MHD表示耦合起来。TAE的激发和它们向高能粒子模式（EPMs）的转变都被观察到。得到了EP密度、温度、密度梯度和最大相对密度梯度的位置对TAE的频率和增长率的影响，这与对初始Maxwell分布的EP的本征分析计算和Gyrokinetic模拟结果一致.在TAE间隙径向位置处，EP的相对压力梯度代表EP的驱动强度，可以强烈地影响TAE的生长速率。当EP分布的密度和温度超过一定阈值时，发生了从TAE到TAE的转变，模式结构发生了变化。
2017-08-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of toroidal Alfvén eigenmode saturation via nonlinear wave-wave coupling
本文证明了非线性回旋动理学理论是研究聚变等离子体中环向 Alfvén 本征模（TAE）非线性波波耦合过程（如带状场激发、频率级联和跨尺度耦合）的必要工具。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Axisymmetric Plasma Equilibria with Toroidal and Poloidal Velocity Fields: Tokamak Relevant Configurations
我们分析了一个轴对称平衡的等离子体赋予环向和极向的速度场，其目的是表征的整体运动的形态上的磁约束的影响。我们构造我们的配置假设的极向速度场是对齐的极向磁场线，此外，我们要求等离子体质量密度依赖于磁通量函数（或等效地，等离子体流体是不可压缩的）。然后，我们推导出一种梯度Shafranov方程，这样的平衡，并将其实施到托卡马克相关的情况下，特别是参考TCV的配置文件。本研究的主要结果涉及的出现，在配置相关的双零配置文件，一个封闭的表面的零压力incorporating两个X点的磁配置。这种情况表明，可能存在一个新的制度的等离子体平衡，相应的改善等离子体约束附近的X点和随之而来的减少功率转移到托卡马克偏滤器。
2021-07-30 physics.plasm-ph
Development of a gyrokinetic-MHD energetic particle simulation code Part II: Linear simulations of Alfvén eigenmodes driven by energetic particles
本文开发了混合程序GMEC，结合场向坐标、有限差分、龙格-库塔法和PIC方法，成功实现了托卡马克中高能粒子驱动的环形及反剪切阿尔芬本征模线性模拟验证。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Excitation of toroidal Alfvén eigenmode by energetic particles in DTT and effect of negative triangularity
本文开发线性回旋动力学本征值代码研究TAE稳定性，以作用角方法纳入粒子响应并采用气球模表示求解方程，应用于DTT参考平衡分析负三角变影响，发现其依主导机制可稳定或失稳TAE。
2025-08-20 physics.plasm-ph
Axisymmetric hybrid Vlasov equilibria with applications to tokamak plasmas
本文推导了包含动能离子和无质量流体电子的混合 Vlasov 模型轴对称平衡方程，该系统由 Grad-Shafranov 方程和积分方程组成，可用于计算 tokamak 等离子体的平衡磁场和离子分布，并揭示了流体电子带来的极向电流分量。
2024-06-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic ion and drift kinetic electron model for electromagnetic simulation in the toroidal geometry
电子的动力学效应对长波长磁流体动力学（MHD）不稳定性和短波长漂移Alfvenic不稳定性都很重要，因为非绝热电子可以与低频不稳定性相互作用，改变和驱动低频不稳定性。提出了一种新的守恒分裂权方法，用于托卡马克等离子体中漂移动力学电子的电磁场模拟，该方法在不牺牲物理特性的前提下，不受垂直网格尺寸对电子趋肤深度的数值约束，具有很大的计算优势.利用该模型验证了动力学Alfven波和无碰撞撕裂模的存在，并已将其应用于GTC程序中。该模型将用于微撕裂模和基于第一性原理的新经典撕裂模的模拟。
2017-02-05 physics.plasm-ph
Axial magnetic field and toroidally streaming fast ions in the dense plasma focus are natural consequences of conservation laws in the curved axisymmetric geometry of the current sheath
直接测量PF-1000稠密等离子体焦点（DPF）中的轴向磁场及其与中子发射的相关性，需要重新审视其他实验室先前关于DPF中存在轴向磁场分量的报告，以及表明参与聚变反应的快离子的环形方向性的相关数据，以了解基本物理。在这种情况下，最近的工作处理应用的双曲守恒定律形式主义的DPF在本文中扩展到曲线坐标系，它反映了DPF电流鞘的形状。在这个坐标系中的局部单向冲击波传播，使一个系统的7个一维双曲守恒定律方程的几何源项，考虑到所有的磁场和流速的分量的建设。该系统的朗肯-Hugoniot跳跃条件导致轴向磁场和具有高离子动能的流体速度的三个分量的表达式。
2014-10-16 physics.plasm-ph
On resistive magnetohydrodynamic equilibria of an axisymmetric toroidal plasma with flow
它表明，磁流体动力学平衡状态的轴对称环形等离子体具有有限的电阻率和平行于磁场的流动是由二阶偏微分方程的极向磁通量函数$ψ$耦合伯努利型方程的等离子体密度（这是相同的形式对应的理想MHD平衡方程）以及关系$Δ^\star ψ=V_c σ$。(Here，$Δ^\star$是Grad-Schlüter-Shafranov算子，$σ$是电导率，而$V_c$是恒定环形回路电压除以$2 π$）。特别地，对于不可压缩流，上述偏微分方程变成椭圆形，并且从伯努利方程[H. Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys. Plasmas { \bf 5}，2378（1998）]。对于形式为$σ=σ(R, ψ)$（$R$是到对称轴的距离）的电导率，可以构造几类具有不可压缩流的解析平衡，它们具有定性上合理的$σ$分布，即具有$σ$的分布在靠近磁轴处取最大值，在等离子体表面取最小值。对于$σ=σ(ψ)$，考虑磁轴附近的关系式$Δ^\starψ= V_c σ(ψ)$，可证明不存在可压缩或不可压缩平衡。这一结果可以推广到更一般的情况下，非平行流躺在磁表面。
2000-09-27 physics.plasm-ph
An Overview of Plasma Confinement in Toroidal Systems
本概述提出了一个教程介绍的理论，磁等离子体约束在环形约束系统，特别强调轴对称平衡几何形状，托卡马克。讨论涵盖了等离子体物理的三个重要方面：平衡、稳定性和输运。平衡部分将通过介绍理想磁流体力学，曲线坐标系，通量坐标，扩展到轴对称平衡，梯度-Shafranov方程（GSE），格林函数形式主义，以及GSE的分析和数值解。关于稳定性的部分将涉及非线性系统的李雅普诺夫稳定性、能量原理、模态分析和轴对称机器的简化等主题。最后一节将考虑环形系统中的输运。我们提出了描述经典和非经典输运现象的通量面平均方程组。将描述在小型高纵横比达马万德托卡马克上的应用。
2009-09-03 physics.plasm-ph
New linear stability parameter to describe low-$β$ electromagnetic microinstabilities driven by passing electrons in axisymmetric toroidal geometry
在磁约束聚变装置中，等离子体压力与磁场能量之比$β$可以变得足够大，使得电磁微不稳定性变得不稳定，从而驱动扭曲或重新连接平衡磁场的湍流。在本文中，提出了一个理论，电磁，电子驱动的线性不稳定性，有电流层局部化的模式合理的表面和副正常波长可比的离子gyroradius。该模型保留了轴对称的环形几何形状与任意形状，并由轨道平均方程的模式合理的表面层，与气球空间动力学匹配条件通过电子。匹配条件将电流层与大尺度电磁涨落联系起来，并在$β$与电子与离子质量比的平方根相当的限制下导出。电磁波动仅通过匹配条件进入，允许识别有效的$β$，包括平衡通量表面成形的影响。由渐近理论的缩放预测进行了测试与MAST放电#6252的微撕裂和静电微观不稳定性的线性模拟结果进行比较，显示出良好的协议。特别是，它表明，有效的$β$可以解释依赖的局部微撕裂模式（MTM）的膨胀参数$θ_0$的增长率-可能提供一条路线，以优化局部通量表面减少MTM驱动的运输。
2023-02-22 physics.plasm-ph
Toroidal equilibria in spherical coordinates
轴对称环形等离子体平衡的标准Grad-Shafranov方程通常表示在具有环形轮廓的柱坐标系中，并通过该方程求解基准平衡。提出了一种在球坐标系下求解Grad-Shafranov方程的方法。这个方程，在球坐标系中，检查环形的解决方案来描述低$β$ Solovev和高$β$等离子体平衡的初等函数。
2009-02-02 physics.plasm-ph
Stimulated emission of fast Alfvén waves within magnetically confined fusion plasmas
有限振幅的快速阿尔文波增长的受激发射过程中，我们建议利用环形磁约束聚变等离子体。受激发射发生，而波传播向内通过外部中间平面等离子体，在那里观察到的人口反转的能量分布的融合出生的离子自然出现。完全非线性的第一性原理模拟，自洽地演变粒子和场下的麦克斯韦-洛伦兹系统，证明了这种新的“阿尔法粒子通道”的情况下，第一次。
2016-06-01 physics.plasm-ph
Design of an arrangement of cubic magnets for a quasi-axisymmetric stellarator experiment
使用永磁体来成形仿星器的约束磁场具有减少或消除对非平面线圈的需要的潜力。作为这个想法的概念验证，我们已经开发出一个程序来设计一个立方体永磁体阵列，该阵列与一组环形场线圈协同工作，以限制仿星器等离子体。设计中的所有磁体都被限制为具有相同的几何形状和三种极化类型中的一种，以简化制造，同时仍然产生足够的场精度。我们提出了一些关键的步骤，导致设计，包括周围的设备，根据三个允许的磁铁类型的极化优化程序的磁铁的几何排列，并选择使用的磁铁类型。我们应用这些方法来设计一个阵列的稀土永磁体，可以配对一组平面环形场线圈，以限制一个准轴对称等离子体的环形磁场强度约为0.5 T的轴。
2022-11-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
采用全局电磁回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了磁约束等离子体中Alfvén模（AM）与离子温度梯度（ITG）湍流之间的自洽相互作用.在这里，一个轴对称的磁平衡与反向剪切和大的纵横比被认为是。通过引入超热离子群，使环模数n=5的AM不稳定。一旦AM在充分发展的湍流的存在下饱和，离子热通量由AM及其主要谐波主导。ITG诱导的运输也被发现在不稳定的AM的存在下增强。
2019-12-19 physics.plasm-ph
Plasma pressure response to non-inductive current drive in axisymmetric visco-resistive MHD steady-states
针对黏阻 MHD 托卡马克稳态模型压力水平不真实的问题，本文构建压力 Poisson 方程并引入非感应电流驱动修正环向电流，显著改善压力剖面。
2025-07-28 physics.plasm-ph
A New Paradigm for Fast and Repetitive Chirping of Alfvén Eigenmodes
构造了一个新的二维非线性动力学模型，解释了在全球回旋动力学模拟中观测到的聚变等离子体中高能粒子激发的Alfvén本征模的快速重复频率啁啾和振幅振荡.在这种无碰撞相空间动力学的非微扰范例中，波粒共振相互作用导致相空间结构不断扭曲和折叠，导致阿尔文本征模的重复激发和衰减。的径向（垂直于占主导地位的波粒相互作用）依赖的模式振幅和环形进动漂移的高能粒子导致的波粒相互作用，这被发现是负责的重复过程的模式结构的形成和破坏的二维动力学。
2021-11-29 physics.plasm-ph
Influence of rotation on axisymmetric plasma equilibria: double-null DTT scenario
该研究通过两种齐次解形式解析求解旋转情形下的Grad-Shafranov方程，分析环向旋转对托卡马克等离子体平衡的影响，验证了DTT实验双零位形与不同等离子体速度的兼容性。
2021-07-05 physics.plasm-ph
Exact axisymmetric Taylor states for shaped plasmas
本文给出了轴对称环形几何中精确解析泰勒态的一般构造。在这种构造中，泰勒平衡完全通过指定所需等离子体几何形状的纵横比、伸长率和三角形性来确定。对于具有磁性X点的平衡，还必须指定X点的位置。这些解决方案的灵活性和简单性，使他们有用的数值求解器的精度验证和泰勒态在实验室实验的理论研究。
2014-06-02 physics.plasm-ph
Characterization of NBI-driven shear Alfvén waves in the TJ-II stellarator using Mirnov probes and electrostatic potential fluctuation measurements
首次实验测量TJ-II仿星器中剪切阿尔芬波的环向模数，通过改变磁位形和旋转变换剖面研究NBI驱动模式，结合Mirnov探针阵列、重离子束探针表征模式结构，建立数据库助力理论验证。
2025-09-23 physics.plasm-ph
Parametric Survey of Nonaxisymmetric Accretion Disk Instabilities: Magnetorotational Instability to Super-Alfvénic Rotational Instability
本文通过Legolas代码参数化研究了吸积盘中非轴对称磁流体不稳定性，证实了超阿尔芬旋转不稳定性（SARI）的存在，并揭示了其局域化特征、增长率规律及与MRI的关系。
2024-10-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: I. Ideal MHD and finite ion Larmor radius effects
在高β托卡马克等离子体的第二磁流体动力学（MHD）气球稳定区域中，理想MHD剪切Alfven波的Schroedinger方程具有与被困在压力梯度诱导势阱之间的驻波相对应的离散解。我们的目标是了解如何修改这些所谓的α-诱导环形阿尔芬本征模α-TAE的有限拉莫尔半径（FLR）和动力学压缩的热离子在无质量电子的限制的影响。在本文中，我们忽略了动力压缩，以隔离和详细检查的影响FLR条款。在回顾了理想MHD α-TAE的物理基础之后，利用参数扫描描述了FLR对薛定谔势、本征函数和本征值的影响。结果被用在一个配套文件，以确定在第二稳定域的波粒共振驱动的不稳定性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Vlasov tokamak equilibria with shearad toroidal flow and anisotropic pressure
通过根据两个粒子的运动常数，即能量和环向角动量，选择适当的形变麦克斯韦离子和电子分布函数，我们将准中性等离子体的Vlasov轴对称平衡问题化为一个超越的Grad-Shafranov类方程.该方程的Dirichlet边界条件下的解析规定的边界具有较低的X-点，构建托卡马克平衡与环形剪切离子流和各向异性压力的数值求解。根据分布函数的变形，这些稳态可以具有在磁轴上达到峰值或中空的环形电流密度。这两种平衡可以看作是与磁轴上分布函数的对称性有关的一个分岔。
2015-08-10 physics.plasm-ph
Landau Damping of Geodesic Acoustic Mode in Toroidally Rotating Tokamaks
利用适用于旋转轴对称等离子体中低频微不稳定性的修正陀螺动力学（MGK）方程，分析了测地声学模（GAM）。推导了任意马赫数下GAM的色散关系。无论平衡流的方向如何，环向旋转对GAM的影响是相同的。结果表明，环向马赫数$M$增加GAM频率和显着降低朗道阻尼率。并对经典的陀螺动力学方程（CGK）的有效性进行了检验。对于零电子温度，CGK与MGK相同。对于非零电子温度，CGK给出与MGK相同的GAM的真实频率，但是引起与$M^3/q$成比例的增长率的不稳定性，其中$q$是安全因子。
2015-01-16 physics.plasm-ph
The development of an implicit full f method for electromagnetic particle simulations of Alfvén waves and energetic particle physics
本文发展了一种基于粒子-单元/傅里叶电磁场的隐式方法，并将其应用于一维和三维托卡马克等离子体中Alfvén波的研究。一个分析处理，以实现有效的收敛性的隐式场粒子系统的迭代解。首先，它的应用程序的一维均匀等离子体证明了它的适用性在广泛的$β/m_e$值。其次，采用国际托卡马克物理活动（ITPA）高能粒子（EP）专题组定义的广泛研究的情况，在三维轴对称托卡马克等离子体中模拟了环度诱导的阿尔文本征模（TAE）。实际频率和增长（或阻尼）率的TAE与（或不）EP同意与以前的结果相当不错。在这项工作中建立的全f电磁粒子计划提供了一个可能的自然选择EP输运的研究，大的轮廓变化和任意的粒子分布函数需要在动力学模拟处理。
2021-02-02 physics.plasm-ph
Analytic Hall Magnetohydrodynamics toroidal equilibria via the energy-Casimir variational principle
本文基于能量-Casimir变分原理推导了霍尔磁流体动力学轴对称等离子体平衡方程，获得Grad-Shafranov-Bernoulli型方程组的两族解析解，并证实了离子速度面与磁面的分离有利于等离子体约束。
2023-07-29 physics.plasm-ph
Anderson-Localized Ballooning Modes in General Toroidal Plasmas
本文研究了具有低整体磁剪切的三维磁环等离子体约束系统中的回旋不稳定性。在等离子体平衡中缺乏任何连续对称性可以导致这些模式通过类似于安德森局域化的过程沿着场线被局域化。这产生了多分支的局部特征值依赖性，其中每个分支对应于特征函数峰值所在的扩展覆盖空间的不同单位单元。这些现象的数值说明了三场周期的heliac H-1，并与轴对称$s$ - $α$托卡马克模型。本地化允许零剪切附近的微扰膨胀，使剪切的影响进行调查。
1999-09-30 physics.plasm-ph
Role of the edge electric field in the resonant mode-particle interactions and the formation of transport barriers in toroidal plasmas
本文利用导心正则形式研究边缘径向电场对轴对称环形等离子体中粒子轨道和共振条件的影响，揭示其显著改变共振模-粒子相互作用并促成输运势垒形成，从而精确确定相空间中的输运关键位置。
2024-02-25 nlin.CD physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of Shear Alfvén fluctuations in Divertor Tokamak Test facility plasmas
在分析了偏滤器托卡马克装置（DTT）等离子体中高能粒子（EPs）激发的剪切阿尔文涨落的线性谱之后[T. Wang等，等离子体25，062509（2018）]，在这项工作中，通过混合磁流体动力学-陀螺动力学模拟研究了相应模式饱和和波动诱导的EP传输的非线性动力学。对于DTT等离子体中心区由磁俘获EP旋进共振驱动的反向剪切Alfvén本征模，其饱和主要是由于共振俘获EP的径向退耦。与波-EP共振结构一致，EP传输以与模式宽度相似的尺度发生。另一方面，通过EP运输的详细分析了环形Alfvén本征模的外芯区域，模式驱动从通过和捕获的EP。结果表明，通过EP的经验只有弱的再分布在弱不稳定的情况下，和运输延伸到中尺度扩散的强不稳定的情况下，由于轨道随机性引起的共振重叠。这里，弱/强不稳定区域由共振重叠的奇里科夫条件确定。这项工作进一步阐明了丰富多样的非线性EP动力学燃烧等离子体的研究，以及DTT的能力，以解决这些关键的物理。
2018-10-12 physics.plasm-ph
First evidence of Alfven wave activity in KSTAR plasmas
我们报告在中性束加热KSTAR等离子体波活动的第一个证据：40 kHz的磁波动与环形模式数n=1。我们的分析表明，这是一个β-诱导阿尔芬本征模共振与q=1的表面。一个动力学分析，再加上电子温度测量从电子回旋发射和离子/电子温度比从晶体学，使计算的频率演变，这是与观察一致。补充详细的磁流体动力学建模的磁配置和波模式支持BAE模式的结论，通过定位一个n=1的模式分离的核心区域中的连续。最后，我们计算了一系列离子温度分布的临界稳定性。这表明，当离子温度径向梯度足够大时，高能离子可以驱动BAE不稳定。我们的研究结果表明，模式的存在可以被用来作为一种形式的推断温度分布的一致性在径向间隔的模式，从而扩展的工具MHD光谱。
2013-01-20 physics.plasm-ph
Study of the Alfven Eigenmodes stability in CFQS plasma using a Landau closure model
分析了我国第一个准轴对称仿星器（CFQS）中Alfven本征模（AE）的稳定性。AE稳定性的计算使用代码FAR 3d，解决了减少MHD方程描述的线性演化的极向通量和涡度的环向分量在一个完整的3D系统，再加上方程的密度和平行速度矩的高能粒子（EP）物种，包括螺旋耦合和声学模式的影响。通过给定的封闭关系，在模型中加入朗道阻尼和共振失稳效应。模拟结果表明，在慢化过程中，EP对n = 1 ~ 4个AE，特别是n = 1和n = 2个环形AE（TAE），n = 3个椭圆AE（EAE）和n = 4个非圆形AE（NAE）的不稳定性有明显的影响。如果共振是由能量高于17 keV的EP（弱热化EP）引起的，则n = 2个EAE和n = 3个NAE是不稳定的。另一方面，具有低于17 keV的能量的EP（后期热化阶段）导致n = 3和n = 4的TAE的不稳定。离轴NBI注入的模拟表明n = 2至4个AE的进一步不稳定，尽管n = 1个AE的增长率略微降低，因此没有识别出关于NBI沉积区域的明确优化趋势。此外，n = 2，4螺旋AE（HAE）在EP \b{eta}阈值以上不稳定。此外，如果模拟的热\b{eta}增加（更高的热等离子体密度），则等离子体的AE稳定性会提高。包括有限Larmor半径和电子-离子Landau阻尼的影响的模拟表明，稳定的n = 1至4的EAE/NAE以及增长率和频率的n = 1至…
2021-04-16 physics.plasm-ph
Calculation of continuum damping of Alfvén eigenmodes in 2D and 3D cases
在理想磁流体力学中，剪切阿尔文本征模由于与剪切阿尔文连续体的共振相互作用而可能经历无耗散阻尼。这种连续阻尼可以对剪切阿尔文本征模的整体增长/衰减率做出显着贡献，从而影响快速离子传输。计算连续介质阻尼的一种方法是在复平面上的适当轮廓上求解MHD本征值问题，从而满足因果关系条件。这种方法可以实现在三维理想MHD代码使用Galerkin方法。可以将解析函数拟合到平衡量的数值数据，以确定这些量沿复杂轮廓的值。这种方法需要的分辨率比电阻率为零时计算阻尼的现有技术更低，因此计算效率更高。将复轮廓法应用于三维有限元理想磁流体程序CKA。本文讨论了应用复围道法计算托卡马克装置以及Torsatron、W7 X和H1-NF仿星器中整体模的连续阻尼。据作者所知，这些仿星器计算代表了全三维平衡中本征模连续阻尼的第一次计算。连续阻尼的全球模式在W7 X和H1-NF仿星器配置的调查被发现敏感地依赖于众多的极向和环向谐波的耦合。
2015-07-08 physics.plasm-ph
Solution to the Grad-Shafranov Boundary Value Problem for a Thermonuclear Plasma contained in a Toroidal Vase With a Conducting Wall under the Assumption of Constant Sources to the Equilibrium in Flux Space
本文提出了一种求解与轴对称磁约束环中等离子体平衡态有关的极向通量函数的Grad-Shafranov偏微分方程的方法，假定平衡态的源（等离子体压力的梯度和通量空间中的环向场函数的平方的一半的梯度）是恒定的，并在环形边界处满足极向通量的常值条件。该方程的解被写为特解和在具有在环面截面的中心处的极点的环面-极坐标系坐标系的变量中的最低阶的N个多极解的组合的和。
2018-09-05 physics.plasm-ph
Analytical Calculation of the Orbital Spectrum of the Guiding Center Motion in Axisymmetric Magnetic Fields
利用正则哈密顿导引中心理论分析了带电粒子在轴对称环形磁场中的运动。在零漂移宽度近似下，引入了测量漂移轨道偏离磁场线的变量的正则变换，并得到了轨道偏离角变量的解析变换。后者是用来提供紧凑的公式的轨道谱的漂移运动，即反弹/过境频率，以及反弹/过境平均环形进动和回转频率。这些公式被证明有一个显着的协议与数值计算的全漂移宽度的频率和显着差异与标准的分析公式的基础上，一个类似的哈密顿描述。轨道谱的分析知识是至关重要的制定粒子共振条件与对称性破缺扰动和由此产生的粒子，能量和动量传输的研究。
2021-02-05 nlin.SI physics.plasm-ph
Simultaneous measurements of unstable and stable Alfvén Eigenmodes in JET
本文报道了在JET托卡马克等离子体中同时测量到的不稳定和稳定的环形诱导阿尔文本征模（TAE）的新实验观察。采用三离子加热方案（D-DNBI-3 He）将氘核加速到MeV能量，从而使环形模数n = 3-5的TAE不稳定，每个模振幅减小。同时，Alfvén本征模有源诊断共振激发稳定的n = 6 TAE，总归一化阻尼率为$-γ/ω_0 \approx$ 1%-4%。混合动力学MHD建模与代码NOVA-K和MEGA都发现本征模式具有相似的频率，模式结构，和径向位置的实验。NOVA-K与n = 3、4和6 TAE表现出良好的一致性，在不确定性范围内匹配n = 6模式的阻尼率，并将辐射阻尼确定为主要贡献。改进的协议被发现与MEGA的所有模式：不稳定的n = 3-5和稳定的n = 2，6模式，与后两个稳定的较高的固有阻尼和较低的快速离子驱动，分别。虽然仍有一些差异有待解决，但这种独特的验证工作使我们对未来融合器械的TAE稳定性预测充满信心。
2022-08-09 physics.plasm-ph
Regions without flux surfaces of given class for magnetic fields in toroidal geometry
本文将逆KAM方法推广到三维矢量场，在环形几何螺旋扰动磁场中识别无不变2-环面区域以定位磁岛与混沌，并提出最小化这些区域以辅助托卡马克和仿星器设计。
2023-07-06 math.DS physics.plasm-ph
