Linear gyrokinetic particle-in-cell simulations of Alfven instabilities in tokamaks
本文用粒子胞内回旋动力学程序NEMORB研究了托卡马克装置中阿尔芬模的线性动力学。给出了模型方程，导出了局部剪切Alfven波的色散关系，恢复了不可压缩理想MHD极限下的连续谱。的验证和基准分析进行连续模式在一个圆柱体和超环面诱导阿尔芬本征模。在反向剪切平衡模式也进行了研究，并在极向平面上的平衡参数的空间结构的依赖关系进行了说明。特别是，在极向角的相移被发现是存在的模式，其频率接触的连续，而径向对称被发现是在连续间隙中的模式的特性。
2015-12-30 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
Gyrokinetic modelling of the Alfvén mode activity in ASDEX Upgrade with an isotropic slowing-down fast-particle distribution
在本文中，阿尔文模式的演变研究在一个现实的ASDEX升级平衡通过分析与全球，电磁，gyrokinetic粒子在细胞代码ORB 5的模拟结果。高能粒子的建模都通过新实施的各向同性减速和麦克斯韦分布函数。数值结果的比较表明，建模的高能粒子与等效麦克斯韦，而不是与减速，不影响驱动阿尔文模式的频率，而其增长率似乎被低估了一个数量的差异高达近30%。此外，各向同性慢化的选择允许一个更好的描述的非线性修改的主要阿尔文模式的频率，而一个等效的麦克斯韦低估它。
2022-03-01 physics.plasm-ph
The Structure of Plasma Heating in Gyrokinetic Alfvénic Turbulence
我们分析等离子体加热弱碰撞动力学阿尔文波（KAW）湍流使用高分辨率gyrokinetic模拟跨越离子和电子gyroradii之间的尺度范围。具有高于平均加热速率的真实空间结构被示出为不限于当前片。这一新的结果与以前的研究不一致，以前的研究使用局部电子流体框架中的电磁功，即$\mathbf{J} \!\cdot\! (\mathbf{E} + \mathbf{v}_e\times\mathbf{B})$，作为湍流耗散的代理，认为加热遵循电流的间歇性空间结构。此外，我们表明，电子主要由平行加热，而离子更喜欢垂直加热路线。我们评论的影响，在这里提出的结果。
2016-11-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the nonlinear interaction of Alfvén instabilities and energetic-particle driven geodesic acoustic modes
本研究基于ASDEX Upgrade真实平衡位形，用ORB5代码开展陀螺动力学模拟，探究高能粒子驱动的阿尔芬模与测地声模带状结构的非线性相互作用，发现两种浓度区间的不稳定特性差异，并通过三波耦合机制给出理论解释。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Energetic bounds on gyrokinetic instabilities. Part I: Fundamentals
本文导出了陀螺动力学中自由能增长的上界。这些界限适用于所有局部回旋动力学不稳定性的几何形状的磁通管，即一个细长的体积的等离子体与磁场对齐，无论几何形状的字段，粒子种类的数量，或碰撞。结果适用于线性不稳定性和有限振幅波动的非线性增长。
2021-12-17 physics.plasm-ph
Excitation of low-n TAE instabilities by energetic particles in global gyrokinetic tokamak plasmas
首次对高能粒子激发超环面Alfven本征模（TAE）进行了线性全局电磁回旋粒子模拟。随着高能粒子压力的增加，TAE频率向下移动到较低的连续谱中。
2008-12-22 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic particle-in-cell simulations of internal kink instabilities
采用电磁回旋动力学粒子模拟程序（PIC）研究了直线托卡马克中的内扭结不稳定性。用PIC程序成功地模拟了理想MHD内扭结模和无碰撞$m = 1$撕裂模。抗磁效应的内部扭结模式也进行了研究。
2012-09-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
利用自洽的全局回旋动力学方法和解析理论，研究了离子温度梯度湍流中高能粒子（EP）驱动的β诱导Alfvén本征模（BAE）的非线性动力学行为.本文研究了具有大纵横比和反向剪切的托卡马克磁平衡。以前对这种结构的研究表明，在没有湍流的情况下，电子种类在确定BAE的非线性饱和水平方面起着重要作用[A. Biancalani等人，（2020）]。在这里，我们将研究扩展到湍流等离子体。的EP被发现修改的热通量通过引入能量在大的空间尺度，主要是在占主导地位的BAE及其谐波的环形模式数。在这一制度下，BAE被发现进行强电子热通量。BAE引起的温度分布的全球松弛的反馈，以及湍流动力学，也进行了讨论。
2020-10-19 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Stability of Electron-Positron-Ion Plasmas
在平板几何条件下研究了离子（质子）混合污染的正负电子等离子体的回旋动力学稳定性。推导并求解了相应的色散关系。考虑了离子温度梯度驱动的不稳定性、电子温度梯度驱动的不稳定性、普适模和剪切阿尔芬波。污染的等离子体保持稳定，如果污染程度低于某个阈值，它被发现，剪切阿尔芬波可以存在于污染的等离子体中的情况下，它是不存在的离子污染。
2017-09-14 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
A Ritz variational principle for local collisionless gyrokinetic instabilities
本文修正了局部无碰撞回旋动理学本征值问题中数学上不正确的里茨变分原理，推导出适用于一般几何及电磁效应的正确变分形式及适用于数值计算的弱形式。
2025-01-31 physics.plasm-ph
Multiscale nature of the dissipation range in gyrokinetic simulations of Alfvénic turbulence
在第一个回旋动力学模拟中，分析了从MHD范围的尾部到电子回旋半径尺度的所有尺度上Alfvén波湍流中的非线性能量传递和耗散。对于典型的太阳风参数在1 AU，约30%的非线性能量传递接近电子回旋半径尺度介导的模式在尾部的MHD级联。碰撞耗散发生在整个动力学范围$k_\perpρ_i\gtrsim 1$。因此，这两种机制都作用于多个耦合尺度上，为了全面了解Alfvénic湍流中的耗散范围，必须保留这些尺度。
2015-07-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Energetic bounds on gyrokinetic instabilities. Part II. Modes of optimal growth
我们引入模式的瞬时最佳增长的自由能的完全电磁陀螺方程。我们演示了这些“最佳模式”是如何自然产生的自由能平衡方程，使其方便的分解，并产生一个简单的图片的能量流。最佳模式有许多其他有利的功能，如它们的低维，计算效率，以及事实上，他们的增长率提供了一个严格的和“紧”的上限上的非线性增长率的能量，和传统的gyrokinetic（正常模式）不稳定性的线性增长率。我们提供了简单的封闭形式的解决方案的最佳增长率在一些渐近极限，并比较这些与我们以前的界限。
2022-01-21 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of toroidal Alfven eigenmode (TAE) turbulence
针对环向阿尔芬本征模（TAE）影响聚变等离子体性能的问题，本研究采用全回旋动理学方法，明确了TAE的驱动机制与饱和关键因素，并发现其非线性拍频现象或有助于托卡马克中的TAE探测。
2024-04-29 physics.plasm-ph
An E & B Gyrokinetic Simulation Model for Kinetic Alfvén Waves inTokamak Plasmas
回旋粒子模拟是研究托卡马克等离子体中输运、非线性现象和高能粒子物理的有力工具。虽然大多数陀螺动力学模拟都使用标量和矢量势，但通过使用一般和全面形式的E和B场开发了一种新模型（GK-E&B），并已用于模拟均匀等离子体中的动力学Alfvén波[Chen et al，Science China Phys. Mechanics & Astronomy 64（2021）]。在我们的工作中，Chen等人的GK-E&B模型已经在一般托卡马克几何中明确地使用特定坐标表示。数值结果与Chen等人的工作吻合较好，理论色散关系与局部螺旋箍缩模型的数值结果吻合较好。数值结果表明，在一个现实的参数制度的燃烧等离子体在高值的$β/( M_e k_\perp^2 ρ_i^2)$，这是传统的方法，由于"取消“的问题具有挑战性的优异性能。作为一个应用，GK-E&B模型在局部极限中用动力学电子实现。在匹配ITPA-TAE参数的情况下，数值结果表明GK-E&B能处理实际托卡马克等离子体参数的平行电子朗道阻尼。作为另一个应用，GK-E&B模型的实施与占主导地位的电子贡献$E_\|$在冷电子限制。它的能力，在模拟有限的$E_\|$由于有限的电子质量被证明。
2021-11-11 physics.plasm-ph
First principles gyrokinetic analysis of electromagnetic plasma instabilities
本文在回旋动力学理论的框架内对电磁堆芯托卡马克不稳定性进行了双重分析。第一原理的理论基础的gyrokinetic理论被用来解释和证明与全球电磁粒子在细胞的代码Orb5，其模型是来自拉格朗日形式主义的数值结果。对应于Orb5模型的能量守恒定律是从Noether定理推导出来的，并在代码中实现为能量平衡和守恒验证的诊断。一个额外的诺特定理为基础的诊断实施，以分析不稳定的机制，在托卡马克的核心区域的静电和电磁离子温度梯度（ITG）的不稳定性。研究了高电磁场$β$下向动力学振荡模（KBM）的转变。
2019-03-26 physics.plasm-ph
Global Gyrokinetic Simulation of Tokamak Edge Pedestal Instabilities
全球电磁陀螺动力学模拟表明，在两个DIII-D H模式放电的边缘基座中，存在高$n$动力学气球模式（KBM）和中间$n$动力学版本的剥离气球模式（KPBM）的近阈值条件。当磁剪切在陡峭的压力梯度的狭窄区域中减小时，KPBM显著稳定，而KBM弱不稳定，因此成为最不稳定的模式。碰撞降低了KBM的临界$β$并增加了生长速率。
2012-09-26 physics.plasm-ph
Nonlinear energy transfer and current sheet development in localized Alfven wavepacket collisions in the strong turbulence limit
在空间和天体物理等离子体中，湍流负责将能量从由剧烈事件或不稳定性驱动的大尺度转移到较小尺度，在较小尺度处湍流能量最终通过耗散机制转化为等离子体热。对向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用，表示阿尔芬波碰撞，驱动这个湍流能量级联，早期的工作与不可压缩磁流体动力学（MHD）方程。最近的工作采用的分析计算和非线性gyrokinetic模拟阿尔芬波碰撞在一个理想化的周期性初始状态已经证明了强阿尔芬波碰撞有效地调解能量转移到较小的垂直尺度和自洽地产生电流片的关键属性。对于两个最初分离的阿尔芬波包之间的碰撞更现实的情况下，我们使用非线性gyrokinetic模拟在这里显示，这些关键属性持续存在：强阿尔芬波包碰撞确实促进了能量的垂直级联，并产生电流片。此外，演变表明，非线性相互作用只发生在波包重叠，然后是一个干净的分离波包与直均匀磁场和非线性演化的停止之间的碰撞，即使在这里提出的gyrokinetic模拟解决色散和动力学效应超出了MHD理论的范围。
2017-05-23 physics.plasm-ph
Comparison of MHD and gyrokinetic simulations of linear instabilities at the q = 1 surface
本文比较了回旋动理学和 MHD 代码对托卡马克核心内部扭曲模和无碰撞撕裂模的模拟，发现通过合理设置参数两者在描述内部扭曲模时可达成一致，但无碰撞撕裂模需超越 MHD 的高级处理。
2025-10-14 physics.plasm-ph
Gyrokinetic global simulation of Alfvenic ion temperature gradient mode in reversed magnetic shear
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）
使用陀动理学粒子-网格模拟系统研究了反向磁剪切磁约束聚变等离子体中由温度梯度驱动的电磁不稳定性，识别出一种弱剪切阿尔芬离子温度梯度模（WSAITG），并发现其由通行粒子共振驱动。
2026-05-29 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
The free energy balance equation applied to gyrokinetic instabilities, the effect of the charge flux constraint, and application to simplified kinetic models
本文推导了回旋动理学涨落的自由能平衡方程并应用于不稳定性研究，发现结合电荷通量约束可等价于色散关系，能有效防止不稳定本征模的出现，并展示了其在简化动理学模型中的应用。
2023-10-17 physics.plasm-ph
Pullback transformation in gyrokinetic electromagnetic simulations
结果表明，一个相当大的改善，在全球陀螺运动的电磁模拟，可以实现通过稍微修改的模拟方案。新方案得到了验证，模拟了托卡马克几何结构中的环形Alfvén本征模在低垂直模数，所谓的“MHD极限”。此外，电磁漂移模式已成功地模拟在仿星器。
2014-07-15 physics.plasm-ph
Full $f$ and $δf$ gyrokinetic particle simulations of Alfvén waves and energetic particle physics
在这项工作中，我们专注于发展的粒子在细胞计划和应用的研究阿尔文波和高能粒子物理在托卡马克等离子体。采用混合变量和电磁问题的拉回格式，在相同的基础上建立了$δf$和全$f$格式。TRIMEG-GKX代码[Lu等人，J. Comput. Phys. 440（2021）110384]已使用三次样条有限元和完整的$f$和$δf$方案进行升级。针对ITPA-TAE情况模拟了EP驱动的TAE，ITPA-TAE的特征在于小的电子趋肤深度$\sim 1.18\times10^{-3}\;{\rm m}$，这是电磁模拟的一个具有挑战性的参数范围，特别是对于完整的$f$模型。使用$δf$方案的仿真结果与以前的工作是一致的。对于全$f$和$δf$方案都观察到混合变量/拉回方案的优异性能。混合全$f$ EP和$δf$电子和热离子的模拟表明，这种新的方案在减轻噪声水平的良好功能。完整的$f$方案是EP物理研究的自然选择，它允许EP剖面和分布在速度空间中的大的变化，为动力学研究提供了一个强大的工具，使用与间歇和瞬态等离子体活动有关的现实实验分布。
2022-10-09 physics.plasm-ph
Energetic bounds on gyrokinetic instabilities. Part 4. Bounce-averaged electrons
本文将最优模式分析用于含完全回旋动理学离子与反弹平均电子的简化双组分系统，获得更紧的离子尺度不稳定性能量上界，并揭示最大-J性质借助模式惯性产生额外稳定作用。
2024-04-09 physics.plasm-ph
Verification of long wavelength electromagnetic modes with a gyrokinetic-fluid hybrid model in the XGC code
作为动力学电子的替代选择，回旋动力学总f粒子单元（PIC）代码XGC 1已经通过将回旋动力学PIC离子与无质量漂移流体电子相结合而扩展到MHD/流体类型电磁区域，类似于Chen和Parker，Physics of Plasmas 8，441（2001）。两个代表性的长波长模式，剪切阿尔文波和电阻撕裂模式，在圆柱形和环形磁场的几何形状进行了验证。
2017-02-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic modelling of anisotropic energetic particle driven instabilities in tokamak plasmas
中性束产生的高能粒子在托卡马克装置中激发了高能粒子驱动的测地声学模（EGAM）。我们研究了高能粒子分布函数的各向异性对这种不稳定性的激发与ORB 5，一个回旋粒子在细胞的代码。数值结果显示与ORB 5的线性静电模拟。的增长率被发现是敏感地依赖于相空间形状的分布函数。的不稳定性的行为进行定性比较的色散关系的理论分析。利用加热求解器RABBIT得到了真实的中性束高能粒子各向异性分布，并作为输入分布函数引入到ORB 5中。结果表明，依赖于注入角的增长率。实验测量的定性比较，发现它们之间的一些分歧，在模拟的增长率远低于从实验。的差异的解释是先进的。
2022-01-11 physics.plasm-ph
Tightening energetic bounds on linear gyrokinetic instabilities
本文针对平板离子温度梯度模，推导了线性回旋动理学不稳定性的能量上界，证明其紧密性无根本限制，并提出约束最优模以高效逼近线性增长率，捕捉实频率效应。
2025-05-23 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the influence of electron cyclotron current drive on tearing mode instabilities in tokamaks
用回旋动力学方法模拟了HL-2A和DIII-D装置中电子回旋电流驱动和离子动力学效应对m/n=2/1撕裂模（TM）不稳定性的影响。用有限质量电子模型计算了TM的演化，用射线追迹和Fokker-Planck方法得到了射频电流源。在HL-2A装置中，连续的1 MW 68 GHz X ~ 2模可以很好地稳定TM，而在DIII-D装置中，由于输入功率不足，1 MW 110 GHz X ~ 2模只能部分稳定不稳定性（CR= I_{rf} / I_{0}，其中Irf为波驱动电流，I 0为平衡等离子体电流）。结果还表明，螺旋电流驱动比连续ECCD更有效。GTC模拟的分析表明，无论是在HL-2A和DIII-D，离子的存在可以减少岛的宽度以及生长速率。此外，热离子对TM的动力学效应被发现是更明显的离子温度越高。
2018-07-10 physics.plasm-ph
Energetic bounds on gyrokinetic instabilities. Part III. Generalized free energy
本文提出基于自由能推广的回转动理学理论扩展，恢复了共振效应并显著降低了增长界限，其最优增长率的高效计算有望应用于仿星器优化。
2023-09-15 physics.plasm-ph
Laguerre-Hermite Pseudo-Spectral Velocity Formulation of Gyrokinetics
近几十年来，托卡马克湍流的第一性原理模拟已被证明具有重要价值。我们开发了一个伪谱速度制定的湍流方程，平滑插值之间的高效，但分辨率较低的3D gyrofluid表示和传统的，但更昂贵的5D gyrokinetic表示。我们的提法是一个投影的非线性gyrokinetic方程的Laguerre-Hermite速度空间的基础上。我们将讨论与碰撞、闭包和熵有关的问题。虽然任何碰撞算子都可以用于制定，我们强调一个模型算子，具有特别稀疏的拉盖尔-厄米特表示，同时满足守恒定律和H定理。自由流，磁漂移，和非线性相位混合每个引起的封闭问题，我们讨论的利益和自由能守恒的不稳定性。我们表明，该模型是能够再现线性不稳定性和纬向流动力学的陀螺动力学结果。因此，最终的模型是适当的不稳定性，湍流和运输的研究在广泛的几何形状，包括托卡马克和仿星器。
2017-08-14 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic stability of a high $β$ non-inductive spherical tokamak
球形托卡马克（ST）已被证明具有理想的性能，如实现高等离子体聚变发电厂？并且具有增加的垂直稳定性。为了了解高$β$ ST聚变反应堆概念设计中可能预期的约束特性，使用局部线性回转动力学分析了1GW ST等离子体平衡，以确定出现的微不稳定性类型。动力学气球模式（KBM）和微撕裂模式（MTM）被发现是占主导地位的不稳定性。确定这些线性模式的参数依赖性，并根据获得的见解，调整平衡以找到在$θ_0$ = 0：0时对所有微观不稳定性略微稳定的状态。这项工作确定了最重要的微观不稳定性，预计产生湍流输送高$β$ ST。这些模式的影响必须忠实地捕捉到基于第一原理的减少模型的异常运输，需要预测模拟。
2021-08-25 physics.plasm-ph
The gyrokinetic field invariant and electromagnetic temperature-gradient instabilities in `good-curvature' plasmas
本研究通过回旋动理学场不变量解释了曲率驱动不稳定性的局域特性，证明良曲率区不稳定模式必为电磁性，提出新型磁漂移模式并探讨其在高β聚变等离子体中的意义。
2025-01-20 physics.plasm-ph
Numerical validation of the electromagnetic gyrokinetic code NEMORB on global axisymmetric modes
这是一份关于用陀螺动力学程序NEMORB与解析理论和其他程序对全局模式（即低极向模式数）进行无碰撞模拟的比较报告。仅考虑轴对称模式，即环形模式数n=0，以及平坦的平衡剖面。对当地的分析理论进行基准的GAM。在高能离子的存在下，NEMORB的本地基准进行半拉格朗日陀螺动力学代码GYSELA。在很低的β下，比较了绝热模型、俘获动力学模型和完全动力学模型以及静电模型和电磁模型。Alfven模式的缩放也被提出。
2013-12-04 physics.plasm-ph
Gauge-invariant variational formulations of electromagnetic gyrokinetic theory
本文通过推导回旋中心坐标变换的充分条件，提出一族规范不变的回旋动理学模型，可直接用电磁场表述，并保留正确的阿尔芬波频率。
2025-06-18 physics.plasm-ph
Electromagnetic gyrokinetic instabilities in STEP
本文对反应堆规模托卡马克STEP进行了局部线性回旋动理学分析，发现其平衡态主要由混合KBM不稳定性主导且伴随次主导的MTMs，通过三代码基准测试验证了结果并为非线性研究奠定基础。
2023-10-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic stability theory of electron-positron plasmas
磁约束电子-正电子等离子体的线性回旋动力学稳定性的参数制度，最有可能是相关的第一个实验室实验，涉及这样的等离子体，密度是足够小，碰撞可以忽略不计和德拜长度大大超过回旋半径的研究。虽然等离子体β很小，电磁效应被保留，但磁压缩性可以忽略不计。因此，先前出版物（Helander，2014）的工作扩展到包括电磁不稳定性，这在闭合场线配置中非常重要，其中这种不稳定性可以在任意低压下发生。研究发现，如果磁场是均匀的，则完全不存在回旋动力学不稳定性：任何不稳定性都必须涉及磁曲率或磁剪切。此外，在偶极磁场中，波长超过德拜半径的交换模的稳定性阈值与理想磁流体力学中的一致。在这个阈值以上，如果温度梯度足够大，准线性粒子通量被向内引导，导致密度分布的自发峰化。
2016-06-15 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
Quasilinear particle transport from gyrokinetic instabilities in general magnetic geometry
在静电和无碰撞近似下，保持磁场的几何形状为任意的，计算了由回旋运动不稳定性引起的准线性粒子通量。特别地，电子和重杂质离子的通量研究的限制，前者移动得很快，后者缓慢，沿场相比，模式频率。得出的结论是如何这些物种的粒子通量取决于磁场的几何形状，模式结构和频率的不稳定性。在某些条件下，例如处处有利或不利的磁曲率和适度的温度梯度，有可能对磁通量作出一般性的陈述，而与不稳定性的细节无关。对于大多数粒子来说，在具有良好的反弹平均曲率的准等动力仿星器中，如果温度梯度不是太大，粒子通量总是向外的，这表明可能很难用从壁面喷出的气体为这种设备提供燃料。在具有主要不利的磁曲率的设备中，粒子通量可以向内，导致等离子体中心的自发密度峰值。在高电荷杂质的限制下，普通扩散（与密度梯度成比例）在其他传输通道上占主导地位，扩散系数变得与质量和电荷无关。由离子温度梯度不稳定性引起的磁场波动所造成的运输水平的估计也给出，并示出是小的静电分量相比。
2018-05-25 physics.plasm-ph
Gyrokinetic particle-in-cell simulations of electromagnetic turbulence in the presence of fast particles and global modes
本文利用回旋粒子格子程序ORB 5（E. Lanti等人，Comp.Phys.Comm.，${\bf 251}$，107072（2020））和EUTERPE（V.Kornilov等人，Phys.Plasmas，${\bf 11}$，3196（2004））。模拟这种复杂的耦合系统的计算可行性证明。
2022-03-22 physics.plasm-ph
Comprehensive Gyrokinetic Study of Eigenstate Transitions in Fast Ion-Driven Electrostatic Drift Instabilities
本研究通过回旋动理学理论推导和GKV模拟，揭示了通行快离子驱动的漂移不稳定性中本征态转变的机制，并发现净能量通量可向内，对聚变加热效率有重要影响。
2025-01-23 physics.plasm-ph
Upper bounds on gyrokinetic instabilities
本文从亥姆霍兹自由能的演化方程出发，导出了磁化等离子体中局部回旋动力学不稳定性增长率的严格上界。无论粒子种类的数量、它们的碰撞频率和磁场的几何形状如何，这些界限都适用于静电和电磁不稳定性。大量的结果，早先已经在特殊情况下得出的，并在数值模拟中观察到的，从而纳入一个统一的框架。这些界限不仅适用于线性不稳定性，但也意味着一个上限的自由能的非线性增长。
2021-08-27 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Kinetically modified parametric instabilities of circularly-polarized Alfven waves: Ion kinetic effects
在离子和无质量电子流体的一维Vlasov描述的框架内，研究了均匀背景等离子体中平行传播的圆偏振有限振幅Alfven波的参数不稳定性，从而包含了纵向动力学扰动（离子朗道阻尼）。本发明的制剂还包括霍尔效应。所得结果与以往的相关分析吻合较好，表明当纵向动力学效应“被动”作用时，纵向动力学效应在Alfven波的参数不稳定性中起重要作用。此外，存在的动力学参数不稳定性被确认为小子波波的制度。这些不稳定性的增长率是敏感的离子温度。本文的公式和结果可应用于在太阳风和地球前震区观测到的阿尔芬波。
2006-12-14 physics.plasm-ph
Nonlinear saturation of toroidal Alfven eigenmodes via nonlinear mode couplings
本文提出了聚变等离子体中环形Alfven本征模（TAE）饱和机制的非线性模耦合的回旋运动理论，包括：1）TAE参数衰减为低动模（LKTAE）和测地声模（GAM）; 2）通过离子诱导散射增强TAE与剪切Alfven波（SAW）的耦合。我们的理论表明，对于实际感兴趣的参数范围内的TAE饱和，具有可比散射截面的几个过程可以是同样重要的。
2018-10-12 physics.plasm-ph
Drift-Alfven instabilities of a finite beta plasma sheared flow along a magnetic field with inhomogeneous ion temperature
本文研究了具有可比的非均匀离子温度和均匀电子温度的有限β等离子体在磁场排列（平行）剪切流中的漂移-阿尔芬不稳定性。在数值求解静电势和电磁势方程组的基础上，定量地讨论了不稳定性的发展。结果发现，占电磁离子动力学响应，这通常被忽略了在现有的讨论中的漂移阿尔芬不稳定性的稳定等离子体，揭示了新的漂移阿尔芬不稳定性驱动的离子温度梯度，流速剪切，和离子朗道阻尼的耦合作用。激发的不稳定波具有沿磁场方向的相速度和离子的热速度，以及与频率相当的增长率。
2020-05-19 physics.plasm-ph
A conservative scheme for electromagnetic simulation of magnetized plasmas with kinetic electrons
本文提出并验证了一种用于自旋粒子模拟磁化等离子体中电磁波和不稳定性的守恒格式。由漂移动力学方程导出的电子连续性方程，通过由平行矢势计算的扰动机械流，将电子密度扰动时间推进，由扰动分布函数计算的扰动正则流，求解平行矢势。在回旋粒子模拟中，利用这种新格式恢复了无剪切平板中的剪切Alfvén波频散关系和剪切柱体中的连续阻尼。新方案克服了传统微扰模拟方法对垂直网格尺寸的严格要求，即对于长波长Alfvén波，垂直网格尺寸必须与电子无碰撞趋肤深度一样小.新方案还避免了传统方法中由扰动密度计算的静电势与由扰动正则流计算的矢量势不一致而产生非物理意义上的大平行电场的问题。最后，与流体模拟相比，剪切柱体中Alfvén波的回旋粒子模拟具有更好的数值特性，流体模拟遭受与奇异模式结构相关的数值困难。
2017-12-03 physics.plasm-ph
A Gyrokinetic Simulation Model for Low Frequency Electromagnetic Fluctuations in Magnetized Plasmas
本文提出了一个新的模型，用于模拟在一般磁位形中等离子体中频率远低于离子回旋频率的电磁涨落。这个新的模型（称为GK-E&B）采用非线性陀螺方程制定的电磁场以及动量平衡方程求解领域。因此，它不仅包括动力学效应，如波粒相互作用和微观（离子拉莫尔半径尺度）物理;而且在计算上比传统的公式描述的潜力更有效。作为一个基准，我们进行线性以及非线性模拟的动力学阿尔芬波，演示物理与分析理论。
2020-11-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Theory of Low-frequency Electromagnetic Waves in Finite-$β$ Anisotropic Plasmas
本文提出了有限$β$各向异性均匀等离子体中频率远低于离子回旋频率的电磁波和不稳定性的回旋动力学理论。这里，$β$是等离子体压力和磁压力之间的比率。分析中充分保留了有限拉莫尔半径和波粒共振引起的动力学效应。相应的线性色散关系和波的偏振，有效的一般$β$值和垂直波长，然后具体推导了双麦克斯韦等离子体。给出了动力学不稳定性判据和镜像不稳定性判据的解析表达式。模式的频率，稳定性和波偏振的一个广泛的频谱正常模式，然后在一组参数的系统研究中进行了数值研究。我们的研究清楚地表明，由于有限离子的拉莫尔半径效应，离子声波，镜像模式，和剪切阿尔芬波本质上耦合。
2022-03-24 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
Gyrokinetics investigations of an I-mode pedestal on Alcator C-Mod
由于I模基座不受MHD不稳定性的“限制”，因此I模对于ELMs是自然稳定的，并且宽度大于EPED的预测，因此I模是研究磁流体中漂移微不稳定性作用的极好实验室。本文基于Gyrokinetic模拟（使用GENE）对C-Mod中I模电子的涨落和热输运进行了模拟研究，发现C-Mod I模上观察到的弱相干模是静电离子温度梯度/杂质密度梯度（ITG/杂质）驱动模。ITG/杂质模式匹配频率和杂质限制时间上观察到的I-模式。非线性ETG模拟可以在实验误差范围内将实验热通量与轮廓调整很好地匹配。模拟，不同的杂质水平（Zeff）和温度和密度分布（实验误差范围内），用于探测波动和运输的敏感性。
2020-05-18 physics.plasm-ph
Comparative study of gyrokinetic, hybrid-kinetic and fully kinetic wave physics for space plasmas
一组数值求解器的线性色散关系的gyrokinetic，混合动力学，和完全动力学模型的动力学Alfvén波和快磁声模式在这些模型中的物理研究。特别是，我们专注于相关的参数，面向太阳风的应用程序（使用均匀的，各向同性的背景），其特征在于波传播角平均接近90°。结果发现，gyrokinetic模型，而缺乏高频解决方案和回旋效应，忠实地再现完全动力学阿尔文波物理接近，有时显着超出，其有效性范围的边界。混合动力学模型，另一方面，是更完整的高频波，但由于其简单的电子模型，它被发现严重低估波阻尼率，即使在离子空间尺度在很大范围内的参数，尽管包含完整的动力学离子物理。
2016-05-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 physics.plasm-ph
Control of gradient-driven instabilities using shear Alfvén beat waves
提出了一种通过与实验室等离子体中Alfvén波的非线性相互作用来操纵和控制梯度驱动不稳定性的新技术。在大型等离子体装置（LAPD）中产生了一个窄场取向的密度耗尽，导致在耗尽的外围产生相干的不稳定波动。两个独立的动力学阿尔文波在不同的频率下沿着耗尽发射，在原始不稳定性的频率或附近产生非线性拍波响应。当拍波具有足够的振幅时，原始的不稳定模式被抑制，仅留下不同频率下的拍波响应，通常在较低的振幅下。
2010-07-14 physics.plasm-ph
