Rigidity of MHD equilibria to smooth incompressible ideal motion near resonant surfaces
在理想的MHD中，磁通量被等离子体运动平流，将通量面冻结到流动中。当流动松弛且力平衡时，达到MHD平衡。我们问什么类的MHD平衡可以从一个给定的初始状态通过光滑不可压缩的理想运动。它被发现，某些边界位移形式上不支持。这是从另一个调查的Hamm-Kulsrud-Taylor（HKT）的问题，它突出了共振行为附近的合理层形成的一组退化的临界点的通量函数。当试图保持镜像对称的通量函数相对于谐振层，矢量场产生的体积保持的同态消失在单位时间的所有顺序的类时路径参数。
2019-10-04 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria of a gravitating plasma with incompressible flows
研究发现，轴对称重力磁约束等离子体的理想磁流体动力学平衡是由一个二阶椭圆型微分方程控制的极向磁通量函数包含五个通量函数耦合的泊松方程的引力势，和一个代数关系的压力。这组方程可求得解析解.作为应用，Krasheninnikov，Catto和Hazeltine最近导出的极向等离子体电流消失的磁偶极子静态轴对称平衡[Phys. Rev. Lett. { \bf 82}，2689（1999）]的方法扩展到具有有限极向电流的等离子体，受到来自大质量物体（恒星或黑洞）的引力和由于不可压缩剪切流而产生的惯性力的影响。在两个区域中获得了显式解：（a）在低能区域$β_0\approx γ_0\approx δ_0 \approxε_0\ll 1$中，其中$β_0$、$γ_0$、$δ_0$和$ε_0$分别与归一化到极向磁场能量的热、极向电流、流动和引力能量有关，以及（b）在高能区域$β_0\approx γ_0\approx δ_0 \approxε_0\gg 1$中。事实证明，在高能区，所有四种力，压力梯度、环形磁场、惯性力和引力，对磁表面的形成都有同样的贡献，这些磁表面在对称平面上非常扩展和局部化，因此所产生的平衡类似于天体物理学中的吸积盘。
2001-04-23 physics.plasm-ph
Symmetry transformations for magnetohydrodynamics and Chew-Goldberger-Low equilibria revisited
论文的动机是[O. I. Bogoyavlenskij，Phys.Rev.66，056410（2002）]，我们推广了各向同性压力和不可压缩流平行于磁场的MHD平衡的对称变换，在相应的CGL平衡的情况下，各向异性压力。我们发现，只有当磁场为纯极向时，场向平衡的几何对称性才能被这些变换打破。在这种情况下，我们从给定的轴对称的三维CGL平衡。此外，我们研究了一般的对称变换的MHD和CGL平衡与不可压缩流的任意方向，在一些文件中介绍，并发现他们不能打破原来的平衡的几何对称性，除非速度和磁场是共线和纯极向。
2018-10-16 physics.plasm-ph
Neural network tokamak equilibria with incompressible flows
我们提出了几个数值解广义格拉德-沙夫拉诺夫方程（GGSE），它管理轴对称等离子体平衡与不可压缩的任意方向的流动，使用完全连接，前馈，深度神经网络，也被称为多层感知器。这样的人工神经网络（ANN）的训练，以近似托卡马克相关的平衡后，最小化的GGSE均方残差的等离子体体积和等离子体边界上的极向通量函数。解决方案的Solovev和一般的线性化的ananalgeses的自由函数中所涉及的GGSE获得和基准对已知的解析解。我们还构建了一个非线性平衡结合相关的高限制模式的特性。在我们的数值实验中，我们观察到，改变训练点的径向分布对训练解的准确性的影响非常小。特别是它示出，在等离子体边缘的训练点的局部化结果在ANN的解决方案，相当准确地描述了整个磁配置，从而证明了人工神经网络的插值能力。
2022-03-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Resistive axisymmetric equilibria with arbitrary flow
本文分析了具有任意不可压缩流和有限电阻率的轴对称平衡问题。结果表明，与大的纵横比近似或消失极向电流，均匀的电导率分布是一致的平衡流。对轴对称场反转位形中的环向流和极向流共存也作了评论。
2000-03-28 physics.plasm-ph
Numerical equilibria with pressure anisotropy and incompressible plasma rotation parallel to the magnetic field
等离子体旋转可以影响托卡马克向先进约束区的转变。此外，为了达到聚变温度，现代托卡马克依靠辅助加热方法。这些方法在等离子体中产生压力各向异性。对于具有压力各向异性的不可压缩旋转，平衡由广义Grad-Shafranov（GGS）方程和有效压力$\bar{p}=(p_\parallel+p_\perp)/2$的解耦Bernoulli型方程控制，其中$p_\parallel$（$p_\perp$）是平行（垂直）于磁场的压力张量元素。在等离子体旋转方向平行于磁场的情况下，GGS方程可以转化为与GS方程形式相同的方程。在这项研究中，通过利用上述属性的GGS方程的平行等离子体旋转，我们构建了ITER的数值平衡，通过扩展HELENA，平衡固定边界求解器，并检查旋转和各向异性的影响，对某些平衡量。主要结论是，在旋转中加入压力各向异性，可以使平衡量在更大的范围内形成轮廓，从而有利于约束，并可以扩展对应于更高值的马赫数的参数空间。此外，压力各向异性的平衡量的影响是强于旋转，对于大多数的量检查。对于压力分量，压力各向异性的影响是相同的，无论功率是平行还是垂直于磁表面沉积，因此意味着没有优选的加热方向，而对于电流密度，平行于磁表面的加热似乎有利于电流梯度驱动的不稳定性。
2020-09-22 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with central current reversal caused by non-parallel plasma flow
我们得到的广义梯度Shafranov方程描述的稳态与不可压缩的等离子体流的任意方向，环形电流反转和嵌套或非嵌套的磁表面的解析解。事实证明，不平行于磁场的流速分量可以导致具有中心电流反转的正常平衡，即具有嵌套的磁性表面和单调变化的压力分布的平衡。
2017-04-17 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
Elliptic and hyperelliptic magnetohydrodynamic equilibria
本研究是以前的一个“超椭圆”轴对称平衡开始[Tasso和Throumoulopoulos，物理等离子体5，2378（1998）]的延续。具体地说，一些平衡与不可压缩流不对准的磁场和适当的侧边条件，如“等温”磁表面，“等动力”或P + B^2/2常数磁表面的限制被发现是可约化的椭圆积分。第三类恢复在[Schief，Phys. Plasmas 10，2677（2003）]中发现的最近的平衡。与场取向流相反，这里找到的所有解在磁轴附近的椭圆表面上具有非零的环形磁场。
2004-04-14 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
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
Axisymmetric equilibria with pressure anisotropy and plasma flow
本文导出了具有各向异性压力和任意方向不可压缩流的轴对称环形等离子体平衡的广义Grad-Shafranov方程。该方程包括六个自由表面函数和恢复已知的梯度Shafranov方程在文献中，以及通常的静态，各向同性的。广义方程的形式表明，压力各向异性和流量的平衡作用相加。此外，两套解析解，一个扩展的Solovev一个等离子体到达分界线和扩展的Hernegger-Maschke一个等离子体周围的一个固定的边界拥有一个X-点，构造，特别是在相关的ITER和NSTX托卡马克。此外，压力各向异性和等离子体流对这些平衡的影响进行了检查。事实证明，取决于各向异性函数的最大值和形状，各向异性可以表现为顺磁性或抗磁性。此外，在大多数情况下，考虑的各向异性和流量有更强的影响NSTX平衡比ITER的。
2016-03-01 physics.plasm-ph
On non existence of tokamak equilibria with purely poloidal flow
本文证明了在磁流体力学（MHD）或霍尔模型框架下，不考虑可压缩性，纯极向质量流的托卡马克定态是不存在的。在压力各向异性和不可压缩流动的单流体等离子体模型中，不存在性仍然存在。
2007-01-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear translational symmetric equilibria relevant to the L-H transition
本文用准解析方法构造了一个广义Grad-Shafranov方程（GSE）的非线性z-无关解，该方程的自由函数中含有高达四次的通量项，且等离子体流不平行于磁场.通过一个矩阵变换，GSE被转换成一组三个常微分方程和一个约束的三个函数的坐标x，在直角坐标（x，y），然后数值求解。显示了某些积分常数值的平衡构型。与非线性和剪切流的影响，他们的特点检查表明，这些平衡是一致的L-H转变现象。对于平行于磁场的流动，对应于H态的一个平衡是潜在稳定的，在这个意义上，线性稳定性的充分条件在等离子体的相当大的部分得到满足，而对应于L态的另一个解不满足该条件。结果表明，剪切流与平衡非线性共同起着稳定作用。
2012-08-12 physics.plasm-ph
Flexibility and rigidity of free boundary MHD equilibria
研究了具有嵌套通量面的理想不可压缩磁流体的稳态自由边界位形。在二维单连通区域中，我们证明了如果磁场和速度场永远不相称，则任何这样的平衡的唯一可能的区域是圆盘，并且速度和磁场是圆形的。我们给出了非对称平衡的例子，通过施加由奇异电流片电荷分布（外部线圈）产生的外部磁场，占据任何形状的域。一些结果结转到三维轴对称的解决方案。这些结果突出了外部磁场对非对称平衡存在的重要性。
2022-03-31 math.AP physics.flu-dyn 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
Axisymmetric equilibria with pressure anisotropy and plasma flow
在这篇硕士论文中，我们研究了压力各向异性和任意方向的不可压缩流对磁约束轴对称环形等离子体平衡性质的影响。主要的新颖的贡献是推导出一个相关的广义梯度Shafranov方程。该方程包括六个自由表面函数和恢复已知的梯度Shafranov方程在文献中，以及通常的静态，各向同性的。广义方程的形式表明，压力各向异性和流量的平衡作用相加。此外，两套解析解，一个扩展的Solovev一个等离子体到达分界线和扩展的Hernegger-Maschke一个等离子体周围的一个固定的边界拥有一个X-点，构造，特别是在相关的ITER和NSTX托卡马克。此外，压力各向异性的影响，通过假设是均匀的磁表面上的各向异性函数，和等离子体流，通过Alfvenic马赫函数的变化，对这些平衡进行检查。事实证明，取决于各向异性函数的最大值和形状，各向异性可以表现为顺磁性或抗磁性。此外，在大多数情况下，考虑的各向异性和流量有更强的影响NSTX平衡比ITER的。我们推测这些效应可能对等离子体的稳定性和输运产生影响，并在托卡马克向改进约束机制的过渡中发挥作用。
2016-08-14 physics.plasm-ph
On MHD stability of gravitating plasmas with field aligned flows
先前的用于具有场对准流的不可压缩等离子体的稳定性条件（参见Throumoulopoulos和Tasso，Physics of Plasmas 14，122104（2007））被扩展到包括自引力的引力等离子体。结果表明，引力仅通过平衡值影响稳定性条件。
2009-05-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Stability of compressible reduced magnetohydrodynamic equilibria - analogy with magnetorotational instability
利用能量-Casimir（EC）方法对可压缩约化磁流体动力学（CRMHD）模型的平衡态进行了稳定性分析。稳定性的结果与理想磁流体力学（MHD）的经典δW准则得到的结果进行了比较。对CRMHD自由能泛函的第二变分中的项与δW的项进行了鉴别：CRMHD的两种失稳效应对应于通常MHD中的扭结和交换不稳定性，同时在简化模型中还鉴别了磁力线弯曲和压缩性的稳定作用。此外，使用EC方法，在存在的环形流的稳定性条件得到。Julien和Knobloch提出了CRMHD与磁化旋转圆盘的简化不可压缩模型之间的正式类比[EAS Pub.系列，21，81（2006）]，被发现。根据这种类比，能量稳定性分析表明，后者模型的磁旋转不稳定性（MRI）的条件，对应于CRMHD中的交换不稳定性的条件，科里奥利项和剪切速度分别扮演曲率项和压力梯度的角色。利用EC方法，得到了旋转圆盘模型在可能存在非均匀磁场的情况下的稳定性条件。特别地，这表明除了MRI之外，MRI系统还可能经历另一种类似于扭结不稳定性的不稳定性。当磁场消失时，恢复了Rayleigh流体动力学稳定性条件.
2013-02-07 physics.plasm-ph
On the existence of fibered three-dimensional perfect fluid equilibria without continuous Euclidean symmetry
本文构造了无连续欧几里得对称性的三维理想不可压缩欧拉方程稳态解族，具有离散m重对称性，由非退化伯努利压力水平集纤维化，缩小了Grad猜想的适用范围。
2025-10-07 math.AP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Certain developments on the equilibrium of magnetized plasmas
最新的结果将提出对磁约束等离子体的稳定状态得到的常规和哈密顿方法。报告由三部分组成。第一个涉及广义Grad-Shafranov方程的推导，该方程描述了具有压力各向异性和任意方向的不可压缩等离子体流的螺旋对称平衡，并应用于直仿星器配置[1]。压力各向异性和流动对平衡特性的影响也进行了研究。第二部分对轴对称平衡程序HELENA进行了扩展，使之适用于压力各向异性和平行于磁场的流动，并构造了与ITER有关的平衡方程。在第三部分中，在扩展MHD的框架内建立了螺旋对称等离子体的哈密顿公式，扩展MHD是一个简化的双流体模型，包括霍尔离子和电子惯性贡献[2，3]。得到了四类Casimir不变量，并利用它们构造了能量-Casimir变分原理，导出了任意流动的广义扩展MHD平衡方程。然后将系统转换为Grad-Shafranov-伯努利方程的形式。此外，一个不可压缩的双贝尔特拉米平衡的例子将与直线仿星器配置。
2018-07-10 physics.plasm-ph
Analytic toroidal 3D MHD equilibria and steady Euler flows with invariant surfaces
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
本文提出非轴对称环形磁流体动力学平衡的显式解析解族，具有嵌套磁通面，作为Grad猜想的反例，可用于验证数值代码。
2026-09-29 math.AP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic equilibria of a cylindrical plasma with poloidal mass flow and arbitrary cross section shape
本文在理想磁流体力学理论的框架内研究了具有任意形状截面的纯极向质量流圆柱形等离子体的平衡问题。对于所考虑的系统，它表明，只有不可压缩流是可能的，因此，一般的二维流动平衡方程减少到一个单一的二阶拟线性偏微分方程的极向磁通量函数$ψ$，其中出现四个轮廓泛函的$ψ$。除了当与极向磁场的阿尔文速度有关的马赫数模为1时出现奇点外，该方程总是椭圆的，并允许构造几类解析解。研究了等离子体在理想导电圆柱边界内的精确等离子体方程，得到了等离子体方程中电流密度平坦和电流密度峰值的精确等离子体方程。
1996-08-27 physics.plasm-ph plasm-ph
Exact magnetohydrodynamic equilibria with flow and effects on the Shafranov shift
具有任意方向不可压缩流的轴对称等离子体平衡磁流体动力学状态方程的精确解[H。Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys. Pasmas { \bf 5}，2378（1998）]是针对在磁轴上峰值化的环形电流密度分布而构造的，该环形电流密度分布与磁性$S=-ku$有关，其中$S=d/d u [\varrho (dΦ/du)^2]$（$k$是参数，$u$标记磁性表面; $\varrho(u)$和$Φ(u)$分别是密度和静电势）。它们要么属于天体物理学关注的无界等离子体，要么属于任意纵横比的有界等离子体。对于$k=0$（包括平行于磁场的流动），解用Kummer函数表示，而对于$k\neq 0$用Airy函数表示。本文从用$k\neq 0$描述矩形截面的理想导电边界所包围的等离子体的托卡马克解出发，证明了Shafranov位移是一个递减函数，当$k$为正值时，该函数为零。配置的纵横比越小，此值越大。
2003-12-17 physics.plasm-ph
Relation between current sheets and vortex sheets in stationary incompressible MHD
磁流体动力学位形具有强烈的局部电流集中和涡旋，对空间和天体物理等离子体中的能量耗散起着重要作用。在这项工作中，我们调查的电流片和涡片之间的关系，在不可压缩的，固定的平衡。对于这种方法，磁流体静力学和静态不可压缩流体力学的类似数学结构允许我们将静态平衡转化为静态平衡，这是有帮助的。这种变换的主要控制函数是阿尔芬马赫数M_A的分布，它沿着磁场线总是恒定的，但可以从一个场线到另一个场线变化。在M_A为常数的情况下，涡流和电流浓度是平行的.更有趣的是非线性的情况，其中M_A垂直于场线变化。这是边界层的典型情况，如磁层顶、日球层顶、绕着盔状流光流动的太阳风和太阳冕洞的边界。相应的海流面和涡面在某些情况下也显示出一条直线，但不是在每种情况下。对于二维的特殊密度分布，可能有流而没有涡面。考虑到小Alfven马赫数的限制，在二维场对准流中，没有强流面也可以存在涡面。如果Alfven马赫数（几乎）恒定，并且在某些边界层上密度梯度很大，则电流片可以消失。需要强调的是，所用理论不仅适用于小Alfven马赫数M_A<<1，而且适用于M_A~1。与其他理论方法和观测的联系以及空间等离子体中的物理效应。给出了流面和涡面理论研究的不同之处。
2012-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Stationary field-aligned MHD flows at astropauses and in astrotails. Principles of a counterflow configuration between a stellar wind and its interstellar medium wind
穿过反向激波的恒星风被偏转到天体球尾，并以亚阿尔夫文尾流或超阿尔夫文尾流的形式离开恒星系统。一个例子是我们自己的日球层和它的日尾。我们提出了一种分析方法计算固定的，不可压缩的，和场对准的等离子体流在astrotail的一颗星。我们提出了一个配方的帮助下，只有几个参数，如内部阿尔芬马赫数和外部阿尔芬马赫数，磁场强度内和外的恒星风腔，和这些流动内的磁场的奇点的分布。在单流体近似的框架内，通过使用正则变量的非正则映射，可以从相应的静态MHD平衡获得稳态流动的MHD方程的解。正则变量是磁流体静力平衡的磁场的欧拉势。因此，我们从由磁中性点分布决定的静态平衡出发，并假设相应的静态平衡的阿尔芬马赫数是有限的。这种拓扑结构决定了星际气体-星风界面的几何结构.额外的边界条件，如外部磁场和跨越天体顶的磁场的跳跃允许确定非正则变换。这传递了逆激波之外的星尾区域每一点的磁场强度。描述这种情况的数学技术一般适用于天体层，但也适用于日光层。在亚阿尔芬流动的情况下，它与相应的阿尔芬马赫数相比较，显示了外部和内部磁场强度的限制。
2012-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spontaneous decay of periodic magnetostatic equilibria
为了理解导致高度磁化的相对论等离子体变得不稳定的条件，以及在这种情况下等离子体如何演化，我们研究了一类典型的静磁平衡，其中磁场满足$\nabla \times\mathbf B = α\mathbf B$，其中$α$是空间均匀的，在一个周期域。使用数值解，我们表明，这种平衡的一般例子是不稳定的理想模式（包括不可压缩的），其标志是指数增长的线性阶段。我们的不稳定模式的特点，显示它如何可以被理解的合并的磁和电流结构，并明确证明其不稳定性使用的能量原理。这些解决方案的非线性演化之后，我们发现，他们迅速发展的区域相对论速度和电场的大小相当的磁场，释放磁能的动态时间尺度，并最终解决到一个配置的最大允许波长。这些性质使这种解决方案成为探索极端宇宙伽马射线源背后机制的一个有希望的环境。
2015-08-06 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Incompressible MHD modes in the thin magnetically twisted flux tube
上下文观测表明扭曲的磁场自然存在，而且确实在太阳的大气层中无处不在。因此，研究沿扭曲磁通量管传播的磁流体动力学（MHD）波模的类型，在太阳大气波研究中具有重要的理论意义。目的。在理想磁流体力学框架下，研究了m ≥ 1的扭转磁通量管的小振幅不可压缩波模式。允许管内外的轴向磁场强度变化，以确保结果不仅限于冷等离子体平衡条件。方法.在长波近似下，解析地导出了这些不可压缩线性MHD波模的色散方程。结果它示出，在长波长的限制，这两个频率和径向速度分布的m = 1的扭结模式是完全不受影响的内部背景磁扭曲的选择。然而，具有大于或等于2的m的开槽模式对所选择的磁扭曲的特定径向轮廓敏感。此外，由于背景扭曲，对于波纹模式引入了低频截止，而对于扭结模式不存在低频截止。从观测的角度来看，虽然磁扭曲不影响长波长扭结模式的传播，但对于凹槽模式，它将有利于或不利于传播，这取决于波相对于背景扭曲符号的传播方向。
2017-07-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Stepped pressure equilibrium with relaxed flow and applications in reversed-field pinch plasmas
多区域弛豫磁流体动力学（MRxMHD）已成功地在三维（3D）位形中构建平衡态。在MRxMHD中，等离子体被切割成由理想界面分隔的子体积，每个子体积都经历弛豫，从而形成岛和混沌。所得到的平衡具有跨越子体积的阶梯式压力分布。阶跃压力平衡规范（SPEC）[S.R. Hudson等人，等离子体19，112502（2012）]，以数值计算MRxMHD平衡。在这项工作中，我们已经扩展了SPEC代码来计算MRxMHD平衡与现场对齐的流动和旋转，以下的理论发展，将交叉螺旋和角动量的约束。该代码已经过收敛性验证，并与2D中的Grad-Shafranov求解器进行了比较。我们利用我们的新工具研究了反向场箍缩放电崩溃前后的流场变化，其中平行流的数据是可用的。我们发现，有希望的结果，在交叉螺旋度和角动量的约束下，平行流剖面碰撞后SPEC平衡是平坦的等离子体核心和流量的振幅匹配的实验观察。最后，我们提供了一个例子平衡与三维螺旋场结构作为有利的较低的能量状态。这将是第一个3D数值平衡，其中流动效应是自洽计算的。
2020-01-20 physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic "cat eyes" and stabilizing effects of plasma flow
本文将流体力学框架下描述无穷多排全同涡的猫眼定常解推广到具有任意方向不可压缩流动的磁流体动力学平衡方程。扩展的解决方案涵盖了各种平衡，包括一维和二维广义的无力和哈里斯片配置，这是优选的，从那些通常采用的初始状态在重联研究。虽然涡流形状不受磁场的影响，但与平衡非线性相结合的流动通过形成位于猫眼涡流内的压力岛而对等压面产生强烈影响。更重要的是，磁场对齐流的实验融合的相关性和流动剪切有显着的稳定效果，在该地区的压力岛。通过外部轴向（“环形”）磁场增强稳定区域。
2009-01-16 physics.plasm-ph
Thin current sheets caused by plasma flow gradients in space and astrophysical plasma
等离子体流中的强梯度在空间和天体物理等离子体中起着重要作用。典型的情况是静态等离子体平衡被等离子体流包围，这可以导致在具有不同磁拓扑的场线之间的分界线处的强等离子体流梯度，例如，行星磁层、日冕中的头盔流光，或日光层和星际介质之间的边界。在这项工作中，我们迈出了第一步，以了解这些流动的影响对发生电流片在一个稳定的状态的情况。在这里，我们集中在不可压缩的等离子体流动和二维平衡，这使我们能够找到固定的磁流体力学方程（SMHD）的解析解。首先，我们解决磁流体静力学（MHS）方程的帮助下的梯度Shafranov方程，然后我们把这些静态平衡到一个稳定的状态与等离子体流。我们特别感兴趣的是研究SMHD-平衡与强等离子体流梯度垂直于separatrices。我们发现，诱导薄电流片自然发生在这种情况下。感应电流的强度取决于阿尔文马赫数及其梯度，以及磁场。
2010-08-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
TRIMEG-GKX: an electromagnetic gyrokinetic particle code with a Piecewise Field-Aligned Finite Element Method for Micro- and Macro-Instability Studies in Tokamak Core Plasmas
本文介绍了TRIMEG-GKX电磁回旋动理学粒子代码，其采用面向对象编程、无滤波器处理和高阶分段场对齐有限元方法，通过粒子分解和域克隆并行化，成功应用于托卡马克核心等离子体微观和宏观不稳定性研究。
2025-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Fluid theory of coherent magnetic vortices in high-beta space plasmas
在地球和土星的磁鞘和太阳风中的原位观测揭示了阿尔文涡旋的存在，它是从流体长度到几个离子长度的尺度范围内的间歇性结构。密度和与之相关的磁场对于较高的等离子体β似乎是可压缩的。到目前为止，只知道不可压缩的阿尔文涡。受空间等离子体观测的启发，我们提出了一个新的高β等离子体中磁涡旋的模型，该模型具有各向异性的温度，可压缩的密度和磁场，其典型的尺寸范围从流体到离子尺度。在磁流体尺度下，我们发现了新的非传播场对准圆柱形单极子和倾斜的传播偶极子。它们的横向磁场和速度波动是一致的，但不是完全相同的，{它们表现出密度和可压缩磁场波动$δn$和$δB_\Vert$局限于涡核内部。在存在热各向异性和声学效应的情况下，它们可能是相关的或反相关的$δn/δB_\Vert={\rm constant}\gtrless 0$ ;沿磁场的速度低于离子热速度的波动总是相关的。在离子或动力学尺度上（具有最小半径$\sim c/ω_{pi}, ρ_{L i}$）{并且在没有声学扰动的情况下}，只有偶极阿尔文涡旋以与流体尺度下的那些涡旋相似的性质存活，除了它们的$δn/n_0$达到$δB_\Vert/B_0$的水平。在动力学尺度上，我们也发现压力平衡的偶极结构，具有有限的平行电场$E_\Vert$和纯压缩磁场扰动。
2020-04-15 physics.plasm-ph
Global fluid simulation of plasma turbulence in a stellarator with an island divertor
一个三维的，通量驱动的，静电的，全球性的，两种流体湍流模拟的5场周期与岛偏滤器的仿星器的结果。数值模拟使用GBS代码进行，该代码最近扩展到模拟非轴对称磁平衡中的等离子体湍流。模拟中使用的真空磁场是用Dommaschk势理论产生的，并描述了一种具有嵌套通量表面的中心区域的配置，该区域被磁岛链包围，类似于W7-X的转向配置。从核心流出的热量到达岛区域，并沿着磁岛传输，撞击对应于模拟域边界的容器壁。粒子和热的径向输运主要是由一个极向数为$m=4$的场取向相干模驱动的。基于非局部线性理论对这种模式的分析表明了它的膨胀性质。在托卡马克模拟和实验，斑点往往有助于运输，我们没有观察到间歇性运输事件的存在。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Current sheets at three-dimensional magnetic nulls: Effect of compressibility
研究了三维磁零点附近电流片形成的性质。特别关注的是对电流片的定性和定量性质的等离子体的可压缩性的效果。如在先前的论文[Pontin等人，等离子体，出版中（2007）]。结果发现，随着不可压缩极限的接近，零点的崩溃被抑制，而近似平面的电流片对准的扇平面。无论空值的脊或扇是否被剪切，情况都是如此。峰值电流和峰值重连率都降低了。的结果有关系在不可压缩等离子体中的稳态重联以前的解析解，这意味着风扇电流片的解决方案是动态访问，而脊柱电流片的解决方案是没有。
2007-04-26 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
A well-balanced and exactly divergence-free staggered semi-implicit hybrid finite volume/finite element scheme for the incompressible MHD equations
提出一种适用于不可压缩MHD方程的无散度且平衡的混合FV/FE格式，通过交错网格和约束L2投影保证磁场无散度，并显式考虑已知平衡解实现严格平衡，在盖驱动腔流和3D托卡马克模拟中验证了有效性。
2023-05-11 astro-ph.IM cs.NA math.NA
Pressure-Strain Interaction: III. Particle-in-Cell Simulations of Magnetic Reconnection
本文利用压力-应变相互作用的两种分解方法，通过二维反平行磁重联的粒子模拟，揭示了正负压力-应变相互作用的产生机制，为相关数值与观测数据解释提供指导。
2022-11-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Quasi-linear Transport in a Sheared Flow Field
本文研究了在不可压剪切流场中有许多重叠的静态磁通岛的慢变分层介质中被动标量场的演化。在准线性/随机相位近似下，进行了多尺度展开。由于温度的快速空间变化，“系综”平均/缓慢变化的解决方案的一部分是不描述的算术平均值的振荡演化方程。标准的马尔可夫近似和连续近似被证明是无效的。对于$N$阶的时间，其中存在$O(N^2)$激发模式，大部分时间相关的扰动相位混合离开，并且流体达到新的饱和状态，具有关于温度的小时间振荡。这种饱和状态具有比在孤立共振扰动情况下发生的共振层更小的共振层（对应于磁岛）。因此，共振相互作用的准线性响应减小了扰动的有效大小。饱和态的温度梯度在所有的激发共振面处均为零，但平均值不为零。因此，要么准线性近似在长时间尺度上不再有效，要么流体基本上保持在这种修改后的平衡状态，并且不扩散地演化。因此，无碰撞、无漂移的快粒子不会在有许多小岛的平衡中迅速消失。
2018-03-30 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Elasticity of tangled magnetic fields
不可压缩的理想磁流体动力学和非导电流体动力学之间的根本区别在于，磁场施加了一个与其弯曲相反的张力;磁场的行为就像穿过流体的弹性弦。因此，很自然地可以预期，一个在小尺度上纠缠在一起的磁场应该以弹性的方式抵抗大尺度的剪切，就像一个由纠缠在一起的弹性弦组成的球对脉冲的弹性反应一样。此外，一个纠缠的磁场应该支持“磁弹性波”的传播，磁弹性波是直磁场上阿尔文波的各向同性类似物。在这里，我们研究磁弹性的理想背景下的平衡纠缠场配置。在以前的治疗相反，我们明确占的麦克斯韦应力的不稳定性，并表明，这种不稳定性必然会降低磁弹性波的频率在一个稳定的场配置。我们开发了一个平均场的形式主义来描述磁弹性行为，保留由于耦合的大尺度和小尺度运动的领导阶校正，并解决了粘性流体的初始值问题进行大规模的剪切，显示小尺度运动的发展结果在异常的粘性阻尼大规模的波。最后，我们测试这些分析预测使用数值模拟的驻波纠缠，线性无力磁场平衡。
2020-06-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Spectrum of magnetohydrodynamic turbulence
本文提出了一个强不可压缩磁流体动力学湍流的唯象理论，该理论存在一个强的大尺度外磁场。我们认为，在惯性尺度范围内，磁场和速度场的波动倾向于对齐它们的极化方向。然而，完美的对齐无法达到，它是排除了一个恒定的能量通量的存在超过规模。因此，在每个尺度$λ$处的流体和磁场波动的方向在角度$ϕ_λ\propto λ^{1/4}$内变得有效地对准，这导致非线性相互作用的尺度依赖性耗尽和场垂直能谱$E(k_{\perp})\propto k_{\perp}^{-3/2}$。我们的结果可能是普遍的，即，独立于外部磁场，因为小尺度波动局部地经历由大尺度涡流产生的强场。
2006-02-24 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
On the Spectrum of Magnetohydrodynamic Turbulence
提出了一个不可压缩磁流体动力学湍流的唯象模型。我们认为，非线性波的相互作用减弱的能量级联进行到小尺度，然而，沿大尺度磁场的波动的各向异性增加，这使得在所有尺度上的湍流强。为了解释相互作用的减弱，我们提出，小规模的波动的速度和磁场变得越来越动态对齐，因为它们的规模减小，使湍流涡旋成为局部各向异性的平面垂直于大规模的磁场。在弱各向异性的极限，即弱的大尺度磁场，我们的模型再现了Goldreich-Sridhar谱，而在强各向异性的极限，即强的大尺度磁场，对应于谱的Iroshnikov-Kraichnan标度。这与最近的数值结果是一致的。
2005-06-17 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
