Implementation and verification of a new free boundary module for Resistive Wall Modes simulations with the nonlinear 3D full MHD code SpeCyl
Consorzio RFX（RFX联盟）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；CNR-ISTP（国家研究委员会物理技术研究所）；UKAEA（英国原子能管理局）
针对SpeCyl代码实现新自由边界模块，通过与解析理论及RFX-mod实验数据对比验证其正确性，为研究大纵横比磁约束构型的自由边界MHD模提供了可靠工具。
2026-11-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A least Action principle for visco-resistive Hall Magnetohydrodynamic with metriplectic reformulation
该研究针对粘滞电阻霍尔磁流体动力学提出新变分公式，先建立理想HMHD的变分原理，再通过约束变分添加粘滞与电阻项，并基于李-泊松括号和度量4括号完成度量辛重构。
2025-02-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Analytically Solvable Model of Nonlinear Oscillations in a Cold but Viscous and Resistive Plasma
本文给出了一种求解含粘性和电阻率的等离子体振荡模型非线性方程组的方法。通过对拉格朗日变量进行适当的空间变换，得到了参数形式的解。它包含简单的基本功能。我们的解决方案包括所有已知的精确解的理想冷等离子体和一大类新的更现实的等离子体。一个新的非线性效应被发现分裂的最大密度的最大值，与鞍点之间的峰，因此获得。该方法有时在逆散射失败的情况下可能有用。
2009-03-25 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
Dynamical analysis of the nonlinear growth of the m=n=1 resistive internal mode
一个动力学分析，自洽地考虑到运动的关键层，其中的磁场重新连接，来描述如何在非线性制度的m=n=1电阻内部扭结模式的发展。确定了由于对流和模式耦合项之间的平衡引起的强非线性的振幅阈值。我们定量预测的早期非线性增长率的m=n=1模式低于这个阈值。
2003-03-17 physics.flu-dyn physics.gen-ph physics.geo-ph
Structure and overstability of resistive modes with runaway electrons
研究了逃逸电子流对托卡马克中电阻磁流体动力学模色散关系的影响。我们提出了一个新的理论模型来推导色散关系，这是基于对模式的电阻层结构的渐近分析。研究发现，除了传统的电阻层外，还可以出现一个新的逃逸电流层，其性质取决于Alfvén速度与逃逸电子对流速度的比值。由于该层的贡献，撕裂模和扭结模除了具有增长率之外，还将具有真实频率。推导的色散关系已与数值结果进行了比较，使用简化的本征值计算和M3 D-C1线性模拟，并发现在两种情况下，良好的协议。
2020-09-10 physics.plasm-ph
Resistive wall mode and neoclassical tearing mode coupling in rotating tokamak plasmas
本文用线性RWM模型和非线性NTM模型导出了一个描述环向旋转托卡马克等离子体的模型方程组，该方程组对电阻壁模（RWM）不稳定，对新经典撕裂模（NTMs）亚稳定。如果没有壁存在，NTM生长显示出典型的阈值/饱和岛宽度，而线性不稳定的扭结模式在该模型等离子体系统中呈指数增长。当存在电阻壁时，线性不稳定RWM的增长被不稳定岛加速：耦合RWM-NTM模式的一种形式。最重要的是，这种耦合系统没有阈值岛宽度，给人的印象是一个无源NTM，在高β托卡马克放电观察。增加等离子体旋转在岛的位置可以减轻其增长，去耦模式，以产生一个传统的RWM没有阈值宽度。
2013-05-09 physics.plasm-ph
A novel computation of the linear plasma response to a resonant error field in single-fluid rotating visco-resistive MHD
本文重新审视单流体旋转粘阻MHD中对共振误差场的线性等离子体响应，评估径向傅里叶变换方法有效性、推导新Δ'全局公式及锁定模EF振幅阈值，发现单/双流体MHD选择在此问题中不关键。
2025-02-14 physics.plasm-ph
Nonlinear Electron Oscillations in a Viscous and Resistive Plasma
给出了电子流体与静止离子流体振荡的新的非线性、空间周期性、长波长静电模式（朗缪尔波），其中包括粘性和电阻效应。采用冷等离子体近似，这要求波长足够大。确定了适用于大振幅波的相关要求。电子流体的连续性方程和动量传递方程以及泊松方程的一般非线性解以简单的参数形式得到。结果表明，在所有典型的氢等离子体中，等离子体电阻率对所讨论的模式的影响可以忽略不计。在所得到的解的限制范围内，可以确定任意（周期性）初始电子数密度分布n_e（x，t = 0）的非线性时间演化（实例）。对于所讨论的模式，只要波长λ>> lambda_{min}（n_0，T_e），严格冷无碰撞等离子体的理想化模型适用于任何实际等离子体，其中n_0 =常数，T_e为电子数密度和电子温度的平衡值。在这个理想化的模型中，初始电子密度n_e（x_{min}，t = 0）的最小值必须大于其平衡值n_0/2的一半。否则，在等离子体振荡半个周期后得到的相应最大n_e（x_{max}，t = τ_p/2）将爆破。放松这个限制n_e（x，t = 0）作为一个减少λ，由于电子粘度效应的增加，详细检查。强的等离子体粘度被证明在时间演化过程中会显著改变密度分布，例如，将最大值一分为二
2010-05-12 physics.plasm-ph
Quantifying resonant drive in resistive perturbed tokamak equilibria
Columbia University（哥伦比亚大学）；Seoul National University（首尔国立大学）
研究通过渐近匹配解探讨了共振驱动指标Δ_{mn}和b_{pen}在电阻性扰动托卡马克平衡中的关系，发现电阻物理使主导模式谱向较低的极化模式数m偏移。
2026-03-18 physics.plasm-ph
Linear Theory of Visco-Resistive Tearing Instability
本文将修正LSC理论扩展至黏滞-电阻MHD，引入有限上游开放边界，给出阻止撕裂不稳定性正向级联的临界条件。
2024-03-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Control of resistive wall modes in a cylindrical tokamak with plasma rotation and complex gain
在具有电阻率、粘性和环向旋转的托卡马克圆柱模型中，研究了磁流体动力学（MHD）模的反馈镇定。该控制基于刚好在电阻壁内部的磁场的法向分量和切向分量的线性组合。反馈包括复增益，对于法向分量和切向分量，并且对于前者的反馈的虚部等同于等离子体旋转。本文的工作包括：（1）用简化的电阻MHD模型对具有有限β和阶跃函数电流密度和压力分布的托卡马克进行分析;（2）用完全可压缩的粘阻MHD模型和电流密度和压力的平滑下降分布进行计算。平衡对于β = 0是稳定的，并且对于两种情况计算了边缘稳定性值$β_{rp,rw}<β_{rp,iw}<β_{ip,rw}<β_{ip,iw}$（电阻性等离子体，电阻性壁;电阻性等离子体，理想壁;理想等离子体，电阻性壁;理想等离子体，理想壁）。主要结果如下：（a）正常传感器或等离子体旋转的虚增益稳定在低于$β_{rp,iw}$，因为旋转抑制通量从等离子体通过壁向外扩散，并且更令人惊讶的是，（b）正常传感器的旋转或虚增益不稳定在高于$β_{rp,iw}$，因为它阻止反馈通量通过电阻壁进入等离子体以形成虚壁。切向传感器的虚增益的影响更复杂，但在$β_{rp,iw}$之上和之下基本上不稳定。提出了一种在$β>β_{rp,iw}$机制中存在旋转的情况下使用复增益进行优化的方法。
2014-06-20 physics.plasm-ph
An Extended Variational Method for the Resistive Wall Mode in Toroidal Plasma Confinement Devices
该研究扩展了环形等离子体电阻壁模的经典变分分析，推导了厚壁条件下电阻壁模的广义增长率公式与旋转稳定公式，揭示了厚壁效应对模式增长/衰减特性及旋转稳定的影响规律。
2024-09-17 physics.plasm-ph
Current sheet bifurcation and collapse in electron magnetohydrodynamics
在二维电子磁流体动力学（EMHD）模型下，研究了非线性磁重联中的惯性效应。家庭的相关电流片参数的非线性解决方案的预测和确认在所有感兴趣的制度数值。电子惯性对于惯性长度$d_{e}$以下的当前片厚度$δ$变得重要。在这种情况下，在没有电子粘性的情况下，片层厚度经历非线性崩溃。粘度在小尺度上使溶液规则化。从电阻状态到粘性状态的转变显示出对电阻率和粘性的非平凡依赖性，具有滞后分岔。在所有可访问的制度，非线性重联率被发现是明确独立的电子惯性和耗散系数。
2009-04-20 physics.plasm-ph physics.space-ph
Visco-Resistive Plasmoid Instability
在线性和非线性区域分析了粘阻电流片中的等离子体团不稳定性。线性增长率和波数被发现作为$S^{1/4} {\left( {1 + {P_m}} \right)}^{-5/8}$和$S^{3/8} {\left( {1 + {P_m}} \right)}^{-3/16}$相对于伦德奎斯特数$S$和磁性普朗特数$P_m$的比例。此外，线性层宽度被示出为按比例缩放为$S^{-1/8} {(1+P_m)}^{1/16}$。当等离子体团进入非线性区域时，其增长从指数增长减慢到代数增长。特别地，发现等离子体团的非线性生长的时间尺度是$τ_{NL} \sim S^{-3/16} {(1 + P_m)^{19/32}}{τ_{A,L}}$。等离子体团的非线性增长是从根本上不同于线性的，它被证明是必不可少的，以了解全球电流片中断。还讨论了等离子体团不稳定性如何使粘阻等离子体中的快速磁场重联。特别是，它表明，递归等离子体团的形成可以触发碰撞的重联制度，如果$S \gtrsim L_{cs} {(ε_c l_k)^{-1}} {(1 + {P_m})^{1/2}}$，其中$L_{cs}$是全球电流片的一半长度和$l_k$是相关的动力学长度尺度。另一方面，如果电流片保持在碰撞制度，全球（时间平均）的重联率被证明是$\left\langle {{{\left. {dψ/dt} \right|}_X}} \ri…
2016-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Resistive instabilities in sinusoidal shear flows with a streamwise magnetic field
在具有有限电阻率和粘性的不可压缩磁流体力学（MHD）框架下，研究了初始均匀流向磁场作用下正弦剪切流的线性稳定性。在流体动力学的情况下，这种流动是不稳定的开尔文-亥姆霍兹不稳定性。在理想MHD中也是如此，其中耗散被忽略，只要磁场强度不超过临界阈值，超过该临界阈值，磁张力使流动稳定。在这里，我们证明，包括粘度和电阻率引入两种新的模式的不稳定性。其中一种模式，我们称之为连续不稳定阿尔芬波，因为它与剪切阿尔芬波有关，存在于任何非零磁场强度，只要磁普朗特数$Pm < 1$。我们提出了一个简化的模型，揭示了它的激发机制是由Dubrulle和Frisch（1991）描述的周期性剪切流的负涡粘性。最后，我们证明了这种模式的饱和在一个准稳态占主导地位的反向传播孤子。
2022-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamics of resistive double tearing modes with broad linear spectra
研究了托卡马克等离子体简化圆柱模型中安全因子q=1和q=3时电阻性双撕裂模的非线性演化。我们专注于谐振表面是一个小的距离分开的情况下。最近的数值研究表明，在这样的配置高m模式是强烈不稳定的。在本文中，它首先表明，线性DTM理论预测的优势，高m DTM。从现有的线性理论出发，得到了估算最快增长模极向模数m_peak的半经验公式。其次，使用非线性模拟，它表明，快速增长的高m模式的存在下，导致快速湍流崩溃的环形区域，从而形成小的磁岛结构。此外，考虑到低m模式的演变，特别是全球m=1的内部扭结，它可以通过耦合到快速增长的线性高m DTM进行非线性驱动。讨论了影响动力学细节的因素。这些结果可能是相关的磁流体动力学（MHD）活动附近的最小的q的理解，因此可能感兴趣的研究与先进托卡马克的稳定性和约束。
2007-03-01 physics.plasm-ph
Resistive wall mode induced disruptions in an advanced tokamak
State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Technology（先进电磁技术国家重点实验室）；International Joint Research Laboratory of Magnetic Confinement Fusion and Plasma Physics（磁约束聚变与等离子体物理国际联合研究中心）
本文利用NIMROD代码对CFETR基线稳态平衡进行非线性三维电阻MHD模拟，研究了电阻壁模（RWM）引发的破裂过程，揭示了RWM驱动磁面随机化、热猝灭和电流猝灭的完整物理图像。
2026-06-01 physics.plasm-ph
Nonlinear Evolution of q=1 Triple Tearing Modes in a Tokamak Plasma
在托卡马克等离子体中具有两个或三个q=1（q是安全因子）共振面的磁位形中，极向模数m远大于1的电阻磁流体动力学模是线性不稳定的。研究发现，这些高m值的双或三撕裂模通过非线性相互作用显著增强了m=1模的增长。这可以解释内部电阻扭结的突然发生，即，快速触发器基于随后的重联动力学，可以继续没有形成的m=1的岛屿，它建议，高m三重撕裂模式是一个可能的机制，无磁共振部分崩溃期间的磁共振振荡。
2005-03-09 physics.plasm-ph
Merging of zonal flows in gyrofluid resistive drift-wave turbulence
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）
本文研究了gyrofluid电阻性漂移波湍流中环形流的非线性动力学，揭示了非线性雷诺应力传输是环形流合并的主要原因，并探讨了相变概念在环形流转变滞后现象中的应用。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Toroidal modeling of interaction between resistive wall mode and plasma flow
通过同时求解n=1的电阻壁模（RWM）和n=0的环形力平衡方程的初值问题，数值研究了全环形几何条件下RWM和环形等离子体流之间的非线性相互作用.这里n是环形模数。新古典环形粘性扭矩被确定为主要的动量汇，刹车的环形等离子体流在非线性演化的RWM。这适用于初始不稳定或稳定的模式。对于一个初始稳定的RWM，制动的流动，因此最终增长的模式，关键取决于初始扰动幅度。
2013-05-16 physics.plasm-ph
Unified theory of the semi-collisional tearing mode and internal kink mode in a hot tokamak: implications for sawtooth modelling
在JET等大型热托卡马克中，电阻模重连层的宽度由半碰撞电子动力学决定，远小于离子拉莫尔半径。首先，在此制度下有效的色散关系推导出提供了一个统一的描述漂移撕裂模式，动力学阿尔芬波和内部扭结模式在低β。撕裂模稳定性研究分析恢复稳定的离子轨道效应，以前得到的Cowley等。[物理流体（29）3230 1986]，这意味着大值的撕裂模稳定性参数“德尔塔素数”需要不稳定性。其次，在高β，它示出的撕裂模式与动力学阿尔芬波相互作用，并有一个绝对的稳定所有的“三角洲素数”由于屏蔽效应的电子温度梯度，延长德雷克等人的结果。等[物理流体（26）2509 1983]到大离子轨道。这两个极限之间的过渡在有限的β值的性质，然后阐明。低β形式主义也与m=n=1撕裂模和耗散内扭结模有关，因此将Pegoraro等人的工作[Phys.Fluids B（1）364 1989]扩展到包含温度扰动的更现实的电子模型，但随后利用耗散内扭结模频率的小性来获得在任意β下有效的新色散关系。给出了撕裂模和耗散内扭结模在“Delta素数”和β空间中的稳定性图。图中可以绘制出一段时间内电流分布演变的轨迹，为触发一次碰撞提供了一个模型。
2012-01-18 physics.plasm-ph
Non-linear modeling of the plasma response to RMPs in ASDEX Upgrade
ASDEX升级中的等离子体对共振磁扰动（RMP）的响应是用非线性电阻MHD代码JOREK建模的，使用尽可能匹配实验的输入轮廓。在实验中边缘局部化模式得到最佳缓解的RMP配置与建模中在X点附近观察到的最大边缘扭结响应相关。在边缘共振表面$q = m/n$上，m + 2扭折分量与m共振分量之间的耦合引起共振磁扰动的放大.各态历经性和共振放大引起的X点附近的三维位移只能部分解释实验中观察到的密度泵出现象。
2016-02-24 physics.plasm-ph
Viscous effects on nonlinear double tearing mode and plasmoid formation in adjacent Harris sheets
本文基于NIMROD程序中的电阻MHD模型，研究了粘性对相邻Harris片中双撕裂模（DTM）演化的影响。类似于撕裂模式在传统的单哈里斯片，过渡观察到在生成的正常和怪物等离子体团在Pr = 1。在DTM的Pr < 1状态下，正常等离子体团（小等离子体团）与怪物等离子体团一起产生，而在单撕裂模（STM）情况下，没有观察到这样的产生。当Pr高于临界值时，怪物等离子体团的产生停止。相应地，在Pr < 1的区域，四极流沿极向平流，但在Pr > 1的区域，这种流平流被抑制。
2022-11-16 physics.plasm-ph
Modelling of saturated external MHD instabilities in tokamaks: a comparison of 3D free boundary equilibria and nonlinear stability calculations
与线性MHD稳定性代码和非线性分析理论相比，最近已使用3D自由边界平衡计算来模拟外部扭结和边缘谐波振荡（EHO）[Kleiner等人，PPCF 61 084005（2019）]。在这项研究中，VMEC平衡代码的结果进行了比较，进一步与非线性减少MHD模拟，使用JOREK代码。这项调查的目的是了解在何种程度上的建模方法同意，并确定重要的物理效应，可以修改的动态。对于模拟的外部扭结，这是由一个单一的环形谐波占主导地位，良好的协议被发现时，一个大的伦德奎斯特数使用的JOREK模拟，这样的电阻效应是次主导。模拟EHO的多个环形谐波是线性不稳定的，所观察到的饱和扰动可以在主导的环形谐波不同。在理想时间尺度上，JOREK中观测到n=2的EHO，而VMEC预测的饱和扰动是n=1的模式.扩展到电阻效应可以发挥作用的时间尺度的模拟，类似的n=1的扰动可以foundation.The耦合不同的线性不稳定的环形谐波的JOREK模拟拓宽了磁能谱和遍历的等离子体边缘区域，导致在一个更本地化的压力扰动。在VMEC中没有观察到这些效应，因为封闭的磁通量表面是强制的。尽管JOREK结果对假设电阻率的敏感性，但即使对于这种更高级的情况，也可以使用合理一致的两种方法找到饱和状态。
2022-06-03 physics.plasm-ph
Nonlinear MHD simulations of external kinks in quasi-axisymmetric stellarators using an axisymmetric external rotational transform approximation
采用简化的磁流体动力学（MHD）方程，研究了具有不同外旋转变换比例的准轴对称（QA）仿星器外扭结的非线性动力学。与高β等离子体相关联的大自举电流可能使QA配置易受低n外部模式的影响，从而限制其操作空间。非线性动力学的暴力，特别是当这些模式导致破坏时，还没有被理解。本文模拟了边缘安全因子小于2的不稳定QA位形中外部扭结的非线性相。在非线性MHD代码JOREK中构建了该仿星器的轴对称近似，捕获外部旋转变换的影响。使用这种近似所考虑的仿星器进行验证，通过比较线性动力学对线性粘阻MHD代码，CASTOR3D。这个仿星器近似的非线性动力学与等效托卡马克比较，了解一个相对较小的外部旋转变换的影响。虽然外部旋转变换确实对MHD活动有稳定的影响，但它仍然很剧烈。为了探索一个较大的外部旋转变换的一阶影响，这个平衡参数被人为地增加所考虑的仿星器，减少有效的等离子体电流。量化了扭折不稳定性的剧烈程度，并表明扭折不稳定性随着外旋转变换的增加而减小。同时，外部扭结触发内部模式，加剧了非线性阶段期间的限制损失，使得其在大部分参数空间上保持较大。只有在外部旋转变换的显著部分下，这些随后的模式才稳定。
2021-05-02 physics.plasm-ph
Effect of externally applied resonant magnetic perturbations on resistive tearing modes
State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学电磁工程与技术国家重点实验室）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, EURATOM association（德国马普等离子体物理研究所，欧洲原子能共同体联合机构）
研究J-TEXT托卡马克中鞍形线圈产生的静态共振磁扰动对撕裂模的影响，发现适当幅度的RMP可部分稳定m/n=2/1撕裂模而不引发锁模，并通过数值模拟分析了等离子体参数的作用。
2026-07-01 physics.plasm-ph
Real frequency tearing layers with parallel dynamics and the effect on locking and resistive wall modes
在等离子体坐标系中具有实频率的撕裂模式（即，除了由于$E\times B$旋转引起的多普勒频移之外）具有潜在的重要性，因为它们对锁定过程有影响。特别是，它最近被证明[J。Finn，A. J. Cole和D. P. Brennan，Phys. Plasmas（Letters），22：120701，2015]，在存在所施加的误差场的情况下等离子体上的麦克斯韦扭矩对于具有接近边缘稳定性的实频率的撕裂模式被显著修改。此外，它是已知的[J。Finn和R. A. Gerwin，Phys. Plasmas，3：2344，1996]，如果撕裂模式具有接近边缘稳定性的实频率，则电阻壁撕裂模式可以通过旋转而在其无壁极限以下不稳定。在本文中，我们首先推导出撕裂模色散关系与压力梯度，磁力线曲率和平行动力学的连续惯性（RI）制度，忽略的$E\times B$漂移和垂直电阻率的发散。结果表明，在忽略垂直电阻率和$E\times B$漂移发散的简化模型中，出现了通常的Glasser效应，即包含实频率的环形效应。我们还发现，使用一个类似的简单的模型，令人惊讶的结果，在粘阻制度的压力梯度，有利的曲率由于环形效应，和平行的动力学，一个类似的Glasser-like效应被发现，我们表明，在这两个制度的撕裂模式的存在与复杂的频率附近的静电电阻交换模式与复杂的频率。我们讨论了锁定到一个错误字段的效果和显着降低的门槛不稳定的…
2017-08-15 physics.plasm-ph
A model of nonlinear evolution and saturation of the turbulent MHD dynamo
研究了大磁普朗特数湍流导电介质中磁场的增长和饱和。这种状态在低密度热天体物理等离子体中非常常见。在早期（运动学）阶段，弱磁波动呈指数增长，并集中在电阻尺度，这远远低于流体动力学粘性尺度。当磁场能量与粘性尺度涡旋的动能相当时，演化成为非线性的。随后的MHD发电机的非线性演化的物理图片提出。唯象的考虑补充了一个简单的福克-普朗克模型的非线性演化的磁能谱。据发现，虽然大部分的磁能从亚粘性尺度的速度尺度的转变可能是可能的，它发生得非常缓慢-在电阻，而不是动态，时间尺度（星系，这意味着产生大规模的磁场不能用这种机制来解释）。Alfvenic运动的作用和充分发展的各向同性MHD湍流的影响进行了讨论。
2002-10-30 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
