Post-Thermal Quench Shattered Pellet Injection for small Runaway Electron seed depletion in ITER
研究了在ITER中断的热淬灭阶段之后使用破碎颗粒注入的可能性，以便在逃逸电子（RE）种子能够充分雪崩之前耗尽它们。分析和数值估计所需的注入率的碎片渗透到形成RE束和停止RE。还估计了在电流猝灭（CQ）变得太短之前可以吸收多少材料。看来，如果使用氢芯块，在CQ期间注入的芯块的所需数量将是令人望而却步的，至少考虑到ITER中断缓解系统（DMS）的当前设计。对于氖或氩，所需的颗粒数量虽然很大，但可能在ITER DMS的范围内，但吸收的部分必须非常小。其他材料可能更适合，但需要对ITER DMS进行修改。
2020-07-03 physics.plasm-ph
A Physics-Informed Deep Learning Model of the Hot Tail Runaway Electron Seed
本研究开发了一种物理内嵌神经网络（PINN），用于在理想化轴对称热猝灭期间求解伴随相对论Fokker-Planck方程，从而在无需实验或模拟数据的情况下准确预测热尾逃逸电子种子，并与Monte Carlo解高度吻合。
2023-06-22 physics.plasm-ph
Efficient calculation of the moments of runaway electron distribution functions
本文针对等离子体破裂中的逃逸电子问题，以 Fülöp 雪崩分布函数为例，解析并数值计算其零至二阶矩，形成高效 MATLAB 计算规则并评估参数空间中的电流与动能密度。
2024-10-29 physics.plasm-ph
Runaway electron current reconstitution after a non-axisymmetric magnetohydrodynamic flush
在最近的JET和DIII-D实验中，已经令人信服地证明了兆安培（MA）级失控电流的良性终止，使其成为ITER失控缓解的主要候选者。这是在一个失控的冲洗的形式由平行流损失沿随机磁场线形成的全球磁流体动力学不稳定性，这被发现与低Z注入，清除高Z杂质从热淬火后等离子体。在这里，我们展示了竞争的物理，管理后冲洗重建的失控电流在ITER的反应堆，预计显着更高的电流。被捕获的“失控”被发现占主导地位的种子失控重建，和高Z杂质的不完全清洗有助于排水种子，但产生更有效的雪崩，其中两个竞争，以产生2-3~MA的步骤之前，失控重建的等离子体电流的电流下降。
2022-11-03 physics.plasm-ph
Spatiotemporal analysis of the runaway distribution function from synchrotron images in an ASDEX Upgrade disruption
利用同步辐射诊断工具SOFT和耦合流体动力学模拟分析了ASDEX升级放电中被氩气注入破坏的逃逸电子（RE）的同步辐射图像。我们表明，失控分布的演变是很好地描述了初始热尾种子人口，这是加速到25-50兆电子伏之间的能量在电流淬火，连同雪崩失控尾巴，它具有指数下降的能谱。我们发现，虽然雪崩分量进行了绝大多数的电流，它是高能量的种子残余，占主导地位的同步辐射。从流体动力学模拟的见解，失控的种子组件的演变的分析模型的开发和用于重建的RE束的径向密度分布。分析表明，所观察到的变化的同步辐射图案从圆形到新月形的逃逸密度的径向轮廓的快速重新分布所造成的。
2021-02-05 physics.plasm-ph
Largest Particle Simulations Downgrade the Runaway Electron Risk for ITER
聚变能将是人类最终的清洁能源。未来聚变装置最明显的问题之一是在聚变等离子体意外中断期间产生的有害逃逸电子（RE）的威胁。高效的长期算法和超大规模计算能力是揭示现实聚变反应堆中稀土复杂动力学的必要条件。在本研究中，我们部署了世界上最快的超级计算机Sunway TaihuLight和新开发的相对论体积保持算法，在6D相空间中对10^7个采样RE进行了长期粒子模拟，涉及10^18个粒子步的模拟规模，这是聚变研究中迄今为止最大的。我们的模拟表明，在一个现实的聚变反应堆中，稀土的关注并不像以前认为的那样严重。具体来说，RE被限制得比以前预测的好得多，最大平均能量在150 MeV的范围内，不到以前估计的一半。
2016-11-08 physics.plasm-ph
Influence of massive material injection on avalanche runaway generation during tokamak disruptions
在ITER等强流托卡马克装置中，失控雪崩会导致种子电子数的大幅放大。我们表明，通过杂质注入的中断缓解可能会显着增加失控的雪崩在这样的设备的增长率。这种效应源于弱电离等离子体中雪崩过程可用的目标电子数量增加，这只能部分地通过快速电子上增加的摩擦力来补偿。我们推导出部分电离等离子体中雪崩增长率的表达式，并研究了杂质注入对雪崩倍增因子和ITER类参数的最终失控电流的影响。对于与中断缓解相关的杂质密度，与先前的预测相比，失控种子的最大放大可以增加数十个数量级。这促使仔细的研究，以确定所需的密度和杂质物种，以获得可容忍的电流淬火参数，以及更详细的建模的失控动态，包括运输的影响。
2019-06-10 physics.plasm-ph
Runaway electrons during a coil quench in stellarators
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
研究显示，在磁体快速变化时，即使没有净托卡马克电流，星形箍缩装置中也可能产生失控电子爆发。在反应堆规模的星形箍缩装置中，低密度等离子体操作期间可能更危险。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Calculation of the runaway electron current in tokamak disruptions
本文针对托卡马克破裂中的逃逸电子电流，推导并分析了基于约化动力学建模的密度、平均速度和平均动能矩的计算方案，涵盖热尾与雪崩机制，并通过ITER破裂模拟验证其物理有效性和计算效率。
2023-09-15 physics.plasm-ph
Achievement of highly radiating plasma in negative triangularity and effect of reactor-relevant seeded impurities on confinement and transport
本文首次在负三角位形下实现高辐射等离子体，证明注入反应堆相关杂质气体可在无ELM条件下获得高约束性能，为反应堆运行提供潜在新方案。
2024-09-04 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of runaway electron generation in argon-induced disruptions in ASDEX Upgrade
大量的材料注入已经被提出作为一种方法来减轻形成的相对论逃逸电子束，可能会导致在托卡马克等离子体中断。在本文中，我们分析了在11个ASDEX升级放电中观察到的失控生成，其中使用大量气体注入触发中断。我们提出了数值模拟的情况下，在轴上等离子体条件的特点，实验观测的约束下，使用的描述与自洽电场和温度演化的失控动力学在二维动量空间和零维真实空间。我们描述的电子分布函数的演变过程中的中断，并显示，失控的种子代占主导地位的热尾在所有的模拟放电。我们重现所观察到的依赖性的电流耗散率在失控的平台阶段的注入氩气的量。我们的模拟还表明，在注入氩气的阈值量以上，电流淬灭后的电流密度强烈依赖于氩气密度。在实验中没有观察到这种趋势，这表明0 D动力学模型未捕获的效应-例如失控的种子运输-也很重要。
2020-08-27 physics.plasm-ph
Collision operator for electron runaway in cold weakly-ionized plasmas
本研究针对冷弱电离等离子体中Dreicer机制的非扩散特性，提出结合Fokker-Planck算符与Boltzmann算符的碰撞算符，可精确描述非扩散电子动力学，助力无逃逸托卡马克启动设计。
2025-09-03 physics.plasm-ph
Runaway dynamics in disruptions with current relaxation
托卡马克反应堆的安全运行需要一个可靠的建模能力的中断，特别是相关的逃逸电子流的时空动力学。在分裂中，不稳定性可以将磁表面分解成混乱的场线区域，导致电流分布弛豫，以及热量和粒子的快速径向传输。使用平均场螺旋度输运模型中实现的中断失控建模框架梦想，我们计算的动力学失控的电子在电流弛豫事件的存在下。在通量表面在等离子体的部分中保持完整的情况下，在完整的磁场区域的边界处感生皮肤电流。这个皮肤电流区域成为一个重要的中心，关于随后的动力学：它可能会变成一个热欧姆电流通道，或一个相当大的径向局部失控束，这取决于热传输。如果完整的区域是在等离子体边缘，在逆流方向上的失控生成可能会发生，这可能会发展成一个相当大的反向失控束。即使当电流弛豫延伸到整个等离子体时，最终的失控电流密度分布也会受到显著影响，因为感应的电场在芯中减小而在边缘中增大，从而使失控产生的中心向边缘移动。
2022-06-02 physics.plasm-ph
Effect of Two-Stage Shattered Pellet Injection on Tokamak Disruptions
托卡马克反应堆中有效的中断缓解系统应限制壁暴露于局部热损失和高电流逃逸电子束的影响，并避免结构上的过度力。我们评估了关于这些方面的两阶段氘氖粉碎弹丸注入ITER类等离子体，使用模拟与梦想框架[M。Hoppe等人（2021）Comp. Phys. Commun. 268，108098]。为了使获得的逃逸电流最小化，找到了最佳的氘注入量范围，该范围对等离子体对莱曼辐射的不透明度敏感，这影响氘的电离度，从而产生雪崩逃逸。的两阶段的注射方案，其中稀释冷却产生的氘之前，由氖引起的辐射热淬火，减少了热尾种子和局部输送的热负荷的墙壁上。然而，在核操作期间，来自活化壁和氚的额外失控种子源使得难以达到可容忍的低失控电流。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Compressional Alfvén eigenmodes excited by runaway electrons
在磁聚变实验中观测到了高能离子驱动的压缩Alfvén本征模。在本文中，我们表明，模式也可以由失控的电子在破裂后等离子体中形成，这可以解释动力学不稳定性与大量的气体注入DIII-D破坏实验中观察到的驱动。模式结构的计算，是与实验观察一致的频率。使用从动力学模拟获得的逃逸电子分布函数，模式生长率计算和发现超过碰撞阻尼率时，逃逸电子密度超过阈值。CAE的激发提出了一种新的可能途径，以减轻种子逃逸电子在电流猝灭和超越雪崩。
2020-10-02 physics.plasm-ph
Comparison between the effect of activated waters on lentil seed germination using various plasma reactors and hydrogen injection system
本研究比较了富氢水、等离子体活化水及其组合对扁豆种子发芽的影响，通过电弧放电反应器和模拟分析，发现处理后的水能显著提高多种发芽参数，证明PAW与氢化PAW组合可有效促进种子发芽。
2023-09-07 physics.app-ph physics.plasm-ph
Reduced modeling of scrape-off losses of runaway electrons during tokamak disruptions
本文提出一个与一维模型兼容的逃逸电子刮削损失低维模型，并在DREAM中实现，结果表明该损失对ITER中实现完全逃逸避免可能至关重要。
2024-10-04 physics.plasm-ph
Electron runaway in ASDEX Upgrade experiments of varying core temperature
在ASDEX升级材料注入实验中，大量破坏后逃逸电子电流的形成由逃逸电子的小种子种群的雪崩倍增确定。对于这些情况下的调查，逃逸电子的描述耦合1.5D传输求解器ASTRA-STRAHL的流体模型描述热尾机制引起的电子逃逸进行了修改。应用于ASDEX升级放电#33108中的组合背景等离子体演化、材料注入和逃逸电子生成的模拟中，用于电子逃逸的Dreicer和热尾机制都仅产生$\sim$ 3 $~$ kA的逃逸电流。在较冷的等离子体与核心电子温度$T_\mathrm{e,c}$低于9 $~$ keV，后中断失控电流被预测为不敏感的初始温度，与实验观察。然而，在更热的等离子体与$T_\mathrm{e,c} > 10~\mathrm{keV}$，热尾失控可以增加高达一个数量级，大大有助于总的破坏后失控电流。然而，在ASDEX升级高温失控实验中，尽管初级和次级失控条件有利，但在中断结束时没有观察到失控电流。
2021-05-07 physics.plasm-ph
Runaway electron generation in ITER mitigated disruptions with improved physics models
CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究设施）；KTH（皇家理工学院）
通过改进的物理模型，在ITER中利用碎屑注入缓解失稳，研究失控电子生成的抑制方法及影响因素。
2026-02-25 physics.plasm-ph
Expulsion of runaway electrons using ECRH in the TCV tokamak
该研究在TCV托卡马克中应用中轴ECRH，可在数百毫秒内将逃逸电子种子群减少三个数量级并防止破裂后逃逸电子束形成，驱逐率随功率增加，0-D模型归因于电子温度升高与输运增强。
2024-07-22 physics.plasm-ph
Runaway electron avalanche and macroscopic beam formation: simulations of the DTT full power scenario
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；DTT S.C.a.r.l.；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究部）；Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Consorzio RFX（RFX联合体）；CNR-ISTP（国家研究委员会-等离子体科学和技术研究所）；ENEA（意大利国家新能源与可再生能源机构）；Università della Tuscia（图斯卡大学）
研究通过模拟揭示DTT全功率场景中失控电子束形成机制，表明高电流下电子雪崩增益显著增加，需通过杂质注入平衡热负荷与电子避免。
2025-12-31 physics.plasm-ph
An analytical criterion for significant runaway electron generation in activated tokamaks
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出了一种分析判据，用于预测高性能托卡马克中 runaway 电子生成的条件，考虑了三氢化物β衰变和康普顿散射的影响，并通过流体模拟验证了模型的准确性。
2026-03-20 physics.plasm-ph
Runaway electron generation during tokamak start-up
托卡马克启动的特点是低电子密度和强电场，以迅速提高等离子体电流和温度，使等离子体充分放电，形成磁通量表面。这样的条件对于超热电子的形成是理想的，这可能降低欧姆加热的效率并防止健康的热聚变等离子体的形成。这在ITER中是特别令人关注的，在ITER中，工程限制对允许的电场施加了限制，并且限制了启动期间的预填充密度。在这项研究中，我们提出了一个新的0D烧穿模拟工具，称为STREAM（启动失控电子分析模型），它自洽地演变的等离子体密度，温度和电场，同时占相对论失控电子的产生和损失。验证烧穿模型后，我们调查的条件下，逃逸电子可以形成在托卡马克启动过程中，以及它们对等离子体引发的影响。我们发现，Dreicer生成起着至关重要的作用，在确定是否成为失控为主的放电或没有，大量的失控电子可以限制欧姆加热的等离子体，从而防止成功的烧穿或进一步斜升的等离子体电流。通过气体燃料增加密度可以抑制失控的发生，但只有在足够早的情况下。否则，可能已经积累了大的失控种子，其甚至在相对低的电场和高密度下也可能雪崩。
2022-06-29 physics.plasm-ph
Fluid and kinetic studies of tokamak disruptions using Bayesian optimization
该研究利用贝叶斯优化探索 ITER 多种物质注入破裂情景，并系统比较 DREAM 中流体与动力学模型对逃逸电子产生及缓解效果的预测差异。
2024-07-05 physics.plasm-ph
A sparse-grid probabilistic scheme for approximation of the runaway probability of electrons in fusion tokamak simulation
磁破裂过程中产生的逃逸电子对等离子体核聚变反应堆的安全运行构成了重大威胁。理解RE动力学的一个关键方面是计算失控概率，即，相空间中的电子在规定时间或之前逃逸的概率。这样的概率可以通过求解控制电子动力学的基本福克-普朗克方程的伴随方程来获得。在这项工作中，我们提出了一个稀疏网格的概率计划计算失控概率。我们的方法的关键成分是表示伴随方程的解作为一个条件期望，这样离散化的微分算子减少到一组积分的近似。采用自适应稀疏网格插值方法，将相空间映射近似为失控概率。这项工作的主要创新之处是将稀疏网格方法集成到计算逃逸概率的概率数值方案中，以及计算RE概率的演示。两个数值算例表明，该方法能够实现$\mathcal{O}(Δt)$收敛，自适应加密策略能够有效处理失控区与非失控区之间的尖锐过渡层.
2020-01-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Bayesian approach for validation of runaway electron simulations
在未来的聚变反应堆中，等离子体终止中断可能会导致初始电流转换为相对论逃逸电子束。需要经过验证的预测工具来优化场景和缓解执行器，以避免此类事件可能造成的过度损害。许多应用于聚变能研究的模拟工具要求用户指定几个不受现有实验信息约束的输入参数。因此，一个典型的验证工作需要多参数优化，以校准不确定的输入参数的最佳可能的代表性的调查物理系统。传统的方法，其中一个专家建模进行参数校准的基础上领域的知识，是容易导致一个棘手的验证挑战。对于一个典型的模拟，手动进行详尽的多参数调查，以确保全局最优的解决方案，并严格量化的不确定性是一个无法实现的任务，通常只涵盖部分和非系统性。贝叶斯推断算法提供了一种很有前途的替代方法，它自然包括不确定性量化，并且在选择输入参数时对用户偏差的主观性较低。使用这些方法的主要挑战是模拟足够的样本来构建不确定输入参数的后验分布的计算成本。这一挑战可以通过将概率替代模型（如高斯过程回归）与贝叶斯优化相结合来克服，这可以将所需模拟的数量减少几个数量级。在这里，我们实现了这种类型的贝叶斯优化框架的模型分析中断失控的电子，并探讨模拟电流淬火在射流等离子体放电与氩气诱导中断。
2022-08-03 physics.plasm-ph
Simulating the nonlinear interaction of relativistic electrons and tokamak plasma instabilities: Implementation and validation of a fluid model
为了模拟托卡马克聚变等离子体中的破裂，提出了一个描述相对论逃逸电子演化及其与背景等离子体相互作用的流体模型。该模型的总体目标是自洽地描述失控电子（RE）和等离子体不稳定性在破坏过程中的非线性耦合演化。在这个模型中，逃逸电子被认为是一个单独的流体物种，其中初始种子是通过Dreicer源产生的，最终通过雪崩机制生长（可以很容易地添加其他相关的源机制）。逃逸电子的平流被认为主要是沿着场线，但也考虑到ExB漂移。该模型是在非线性磁流体动力学（MHD）代码JOREK的基础上Bezier有限元，电流耦合到热等离子体。基准的代码与一维逃逸电子代码GO是使用人工热淬火圆形等离子体。作为第一个演示，该代码适用于在ITER等离子体的轴对称冷垂直位移事件的问题，揭示显着不同的动态计算的情况下，没有失控的电子之间。虽然它是不可行的，以实现完全现实的逃逸电子速度接近光速的缓慢演变的等离子体不稳定性的完整模拟，代码被证明是适合于研究各种MHD的MHD-RE相互作用的MHD活性和中断相关的等离子体。
2019-06-28 physics.plasm-ph
Coupled 2-D MHD and runaway electron fluid simulations of SPARC disruptions
本研究利用 M3D-C1 开展二维环对称 MHD 与逃逸电子流体耦合模拟，探究 SPARC 托卡马克破裂中逃逸电子的演化，验证了与低保真模型的一致性，并首次系统比较了不同逃逸电子主要来源。
2025-03-24 physics.plasm-ph
Self-consistent modelling and qualitative comparison of mildly relativistic runaway electron dynamics with a closed flux surface formation model during tokamak startup
Korean Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
本文提出了一种用于轻微相对论性失控电子的简化动能模型，并与KSTAR ohmic启动期间观测到的辐射特性进行定性比较，改进了失控电流的预测并考虑了早期燃烧期间初始失控种子的部分平行约束。
2026-08-04 physics.plasm-ph
Alpha particle driven Alfvénic instabilities in ITER post-disruption plasmas
聚变产生的α粒子在ITER破坏模拟研究作为一个可能的驱动器Alfvénic不稳定性。这些波驱逐失控的电子（RE）种子粒子的能力进行了探索，在追求一个被动的，固有的RE缓解方案。使用耦合到流体破裂模拟的线性化Fokker-Planck求解器CODION计算破裂过程中α粒子分布的时空演变。这些模拟是在热淬火期间没有α粒子传输的限制下进行的，这可以被视为最悲观的情况，其中也没有RE种子传输。在这些假设下，所产生的α粒子群的径向各向异性提供自由能，以在破裂的淬灭阶段驱动Alfvénic模式。我们使用线性gyrokinetic磁流体动力学代码LIGKA计算的Alfvén谱，发现平衡是能够维持广泛的模式。利用波粒相互作用工具HAGIS计算了模式振幅和α分布的自洽演化。中间模式数（$n=7-15,~22-26$）环形Alfvén本征模（TAE）显示饱和的幅度高达$δB /B \approx 0.1$ \%的空间制度的RE种子形成的关键。我们发现，模式振幅预测是足够大，允许显着的径向运输的逃逸电子的可能性。
2021-04-16 physics.plasm-ph
Latest results on quiescent and post-disruption runaway electron mitigation experiments at Frascati Tokamak Upgrade
对于0.5 MA和5.3 T的放电，给出了最后一次FTU活动对氘大（wrt FTU体积）弹丸RE抑制能力的结果，主要是由于诱导的突发MHD活动驱逐RE种子。明确的迹象雪崩倍增的RE后，单颗粒注入0.36 MA平顶放电与耗散效应的定量指标的临界电场的增加，由于扇形的不稳定性。大的扇形不稳定性的分析后中断RE光束，似乎是相关的低电场和背景密度下降，揭示了其强大的RE能量抑制能力，提出了一种新的策略，RE能量抑制控制大风扇不稳定性。我们演示了如何使用调制ECRH功率后中断光束可以引起这样的密度下降。
2021-05-25 physics.plasm-ph
First numerical analysis of runaway electron generation in tungsten-rich plasmas towards ITER
本文扩展了 disruption 模拟代码以研究富钨等离子体中的逃逸电子（RE）产生，发现高钨浓度可致极高 RE 电流，热尾机制占主导，为 ITER 缓解技术奠定基础。
2024-04-23 physics.plasm-ph
Reduced kinetic modelling of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文通过简化动力学建模重现 ASDEX Upgrade 破碎弹丸注入实验的关键趋势，验证了该方法对辐射能量份额、电流猝灭及逃逸电子抑制的预测能力，并揭示了碎裂统计涨落仅在中等氖掺杂时显著影响破裂动力学。
2026-09-25 physics.plasm-ph
Runaway electron-induced plasma facing component damage in tokamaks
该路线图文章针对托卡马克逃逸电子致等离子体面对部件损伤威胁未来聚变堆的问题，提出通过跨学科研究结合实验、诊断与多尺度建模来厘清相互作用，最终指导 mitigation 策略与 resilient 部件设计以保障下一代聚变电站安全运行。
2025-06-12 physics.app-ph physics.plasm-ph
Design of Passive and Structural Conductors for Tokamaks Using Thin-Wall Eddy Current Modeling
本文基于PSI-Tet开发三维薄壁涡流建模工具ThinCurr，为SPARC和DIII-D建立导电结构模型，并用于优化无源REMC设计以缓解破裂中的逃逸电子。
2023-09-27 physics.plasm-ph
Collisional-radiative data for tokamak disruption mitigation modeling
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Curtin University（科廷大学）；Korea Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）；Queensland Quantum and Advanced Technologies Research Institute, Griffith University（格里菲大学昆士兰量子与先进技术研究学院）；School of Environment and Science, Griffith University（格里菲大学环境与科学学院）
本文提出了一种用于托卡马克破坏缓解建模的高保真碰撞辐射数据方法，通过多种模型对比和B样条曲面表示，提升等离子体模拟的精度与效率。
2026-02-25 physics.atom-ph physics.plasm-ph
