AWECS: A Linear Gyrokinetic Delta-f Particle-in-Cell Simulation Code for the Study of Alfvenic Instabilities in High-Beta Tokamak Plasmas
开发了一个一维线性回旋动力学程序AWECS，用于研究高β托卡马克等离子体中Alfvenic不稳定性的动力学激发，β为热压力与磁压力之比。它旨在描述与广泛的频率和波长相关的物理学。例如，AWECS能够模拟动力学气球模式，阿尔芬离子温度梯度驱动模式，以及由于高能粒子的阿尔芬不稳定性。此外，AWECS可用于研究低β区的漂移-阿尔芬不稳定性。在这里，代码的布局和所使用的数值方法进行了说明。AWECS是基准对其他代码和收敛性研究进行。
2008-06-27 physics.plasm-ph
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
On How Zonal Fields Suppress Reversed Shear Alfvén Eigenmode in Tokamak Plasmas
Southwestern Institute of Physics（西南核物理与化学研究所）；Center for Nonlinear Plasma Science and C.R. ENEA Frascati（非线性等离子体科学中心及ENEA弗拉斯卡蒂研究中心）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation and School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院聚变理论与模拟研究所）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院等离子体物理研究所）
研究通过非线性模拟和理论分析揭示了zonal电流通过频率拍频抑制反剪切阿尔芬模的机制，并验证了理论与模拟的一致性。
2025-12-10 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
Comment on "Electromagnetic Global Gyrokinetic Simulation of Shear Alfven Wave Dynamics in Tokamak Plasmas" [Phys. Plasmas 14, 042503 (2007)]
这一评论澄清了最近发表的一篇文章[Phys.Plasmas 14，042503（2007）]中的研究与其他先前的出版物的关系，这些出版物解决了在回旋运动模拟中包含电磁和漂移动力学电子物理学，提出了与在具有磁剪切的系统中包含动力学电子有关的问题，并且讨论了在面对其中描述的算法的一般适用性的重要限制时的替代方案。
2007-10-26 physics.plasm-ph
Resonant Excitation of Shear Alfvén Perturbations by Trapped Energetic Ions in a Tokamak
本文导出了离子回旋共振加热加速高能粒子对高n阿尔文模共振驱动的一个新的解析表达式。这种推导包括有限轨道效应，并且形式主义是完全非微扰的。高n极限被用来计算复杂的粒子响应积分沿轨道明确。这个新的理论被应用到向下扫描阿尔芬级联准模式完成这些模式的理论，并作出可检验的预测。这些预测被认为是一致的实验上进行的联合欧洲环[P。H。反驳和B. E. Keen，Fusion Technol.11，13（1987）]。
2009-11-04 physics.plasm-ph
Transition from fishbone mode to $β$-induced Alfvén eigenmode on HL-2A tokamak
在存在来自辅助加热和燃烧等离子体的高能粒子（EP）的情况下，鱼骨不稳定性和Alfvén模可以被激发，并且它们的跃迁可以在某些重叠区域发生。利用NIMROD程序中的混合动力学-磁流体动力学模型，我们在HL-2A装置的NBI加热等离子体中发现了鱼骨不稳定性和$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）之间的这种转变。当磁轴处的安全系数远小于1时，随着EP分数的增加，发生典型的扭结-鱼骨形转变。当$q_0$升高到接近1时，鱼骨模式被BAE取代，以获得足够量的EP。当$q_0$略高于1时，环形诱导的阿尔文本征模（TAE）在较低EP压力下占主导地位，而BAE在较高EP压力下占主导地位。
2021-03-18 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
FOXTAIL: Modeling the nonlinear interaction between Alfvén eigenmodes and energetic particles in tokamaks
FOXTAIL是一种新的磁流体动力学-动力学混合程序，用于描述托卡马克中高能粒子与阿尔文本征模的相互作用。该代码模拟的非线性动力学的振幅的个别本征模和一组离散的标记在五维相空间中的高能粒子分布。平衡系统的直角坐标用于有效地追踪高能粒子，本征模的波场的粒子加速在相同的角度进行傅立叶分解。本征模描述使用时间恒定的本征函数与动态复振幅。提出了代码的可能应用，例如，对系统一维尾部碰撞近似的有效性进行了定量评价。在两种模式的情况下，奇里科夫准则的履行预期的效果也得到了验证。
2016-07-15 physics.plasm-ph
Magnetic Confinement by Alfven Carpets
扭转阿尔芬波的“地毯”，共振激发在环形传导容器内的环，可以保持磁化等离子体内的环对固有的向外膨胀。这种用于聚变的环形磁约束可能比传统的托卡马克具有一些优势。这个想法也可以用来稳定托卡马克和其他能量受限的聚变装置中的交换和气球模式。
2007-11-06 physics.plasm-ph
Measurement of zero-frequency fluctuations generated by coupling between Alfven modes in the JET tokamak
本研究首次在JET托卡马克磁约束等离子体中实验观测到阿尔芬模泵浦产生的零频率涨落，证实其与阿尔芬模的三波耦合及带状模理论预测一致，可抑制湍流并整体提升等离子体约束性能。
2025-01-21 physics.plasm-ph
Linear kinetic effects of core plasma on low frequency Alfven and acoustic eigenmodes in tokamaks
在广义鱼骨型色散关系的框架下，研究了核芯等离子体对$ω< ω_{BAE}$激发低频模式的共振和非共振效应，如β诱导的Alfvén声学本征模（BAAE）和动力学共振模（KBM）.鱼骨状方程的形式主义包含了所有必要的成分来描述这些低频波动的特征，并解释实验结果。核心等离子体的性质（反磁频率和进动共振与被困离子）强烈影响的模式的激发，并在BAAE的情况下更有效地比高能粒子。核心等离子体的抗磁频率也有助于BAAE与KBM的耦合，从而影响两种模式的激发和极化。高能粒子仍然可以为一些低频模式提供非共振驱动。
2022-04-20 physics.plasm-ph
Nonlinear interplay of Alfven instabilities and energetic particles in tokamaks
高能粒子的约束是托卡马克等离子体有效加热的关键。等离子体不稳定性，如阿尔芬本征模（AE）可以重新分布的EP人口，使等离子体加热效率较低，并导致额外的负载上的墙壁。利用NEMORB项目中的全球回旋动力学粒子胞内程序ORB 5研究了环形诱导声发射（TAE）的非线性动力学。研究了由于波粒非线性引起的TAE和EP的非微扰非线性相互作用。特别是，我们专注于TAE的频率，增长率和径向结构的非线性修改，取决于EP分布在相空间中的演变。对于ITPA基准情况，我们发现当增长率减小时，频率增加，并且模式径向收缩。这种非线性演化被发现是正确地再现通过准线性模型，即一个模型，其中的非线性修改的EP分布函数的线性效应被保留。
2016-10-06 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
Identification of Local Alfven Wave Resonances with Reflectometry as a Diagnostic Tool in Tokamaks
局部阿尔芬波（LAW）共振在托卡马克等离子体中由外部驱动的磁场激发，频率低于离子回旋频率，其中假设使用阿尔芬波。最近，在TCABR（Bt =1.1T，q 0 =1.1，n 0 =1.4-2.0 × 10^{19}/ m^3）中，利用固定频率（32.4GHz）的O模反射计，在几kW功率沉积和4 MHz频率下，在LAW共振m=+/-1，N=+/-2处检测到了波驱动的密度起伏。在这里，我们表明，结合小功率沉积在LAW共振，扫过等离子体密度变化或扫描与发生器频率，结合检测的密度波动的LAW共振反射计可以作为诊断工具，用于识别的有效离子质量数AEF和q-分布在托卡马克。该方法是基于同时探测托卡马克中M/N=+/-1/+/-2天线模激发的m=+/-1局部AW共振和极向模耦合效应产生的m=0局部AW共振的位置。根据LAW色散，m=0共振仅取决于有效离子质量数，而不取决于q分布。然后，使用这些数据，我们可以定义m=+/-1 L AW共振位置处的q值。使用具有偶数环形模式（N=2，4，.）在0.6 ~ 1 MHz频段内，利用该方法对欧洲联合环（Bt=2.3T，q 0 =1 ~ 1.3，n 0 =5-7 × 10 ~（19）/m^3）进行了计算。
2004-10-08 physics.plasm-ph
Dependence of alpha-particle-driven Alfvén eigenmode linear stability on device magnetic field strength and consequences for next-generation tokamaks
最近提出的托卡马克概念使用远高于常规装置的高达12 T的磁场来减小尺寸和成本。理论和计算研究等离子体行为的趋势，随着场强的增加是至关重要的，这样提出的设备。本文考虑阿尔文本征模（AE）稳定性的趋势。高能粒子，包括来自D-T聚变的α粒子，可以使AE不稳定，可能导致α热量损失和设备损坏。通过共振、α粒子β和α轨道宽度的场依赖性，AE对器械磁场敏感。我们通过分析和使用最近开发的数值技术（Rodrigues et al. 2015 Nucl. Fusion 55 083003）描述了这些依赖性的起源和影响。这项工作表明，聚变产生的阿尔法粒子是亚阿尔夫文尼克或接近亚阿尔夫文尼克的高场机器可能会部分切断AE共振，降低AE的增长率和与它们相互作用的阿尔法粒子的能量。高场燃烧等离子体机制具有不可忽略的α粒子β和AE驱动，但是相对于具有类似功率密度的低场机器，由高电子密度提供的更快的减速时间和更高的场强度降低了这种驱动。在高磁场器件中，最不稳定模式的环形模式数往往更高。这项工作表明，高磁场设备具有独特的，潜在的优势，AE不稳定性在低和高密度。
2019-02-17 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
Resonance frequency broadening of wave-particle interaction in tokamaks due to Alfvénic eigenmode
我们使用指导中心代码ORBIT来研究共振的加宽以及共振频率加宽宽度$ΔΩ$对波-粒子相互作用的非线性粒子捕获频率$ω_b$的参数依赖性，具体示例使用现实平衡DIII-D shot 159243（Collins等人，2016 Phys. Rev. Lett. 116 095001）。当模式振幅较小时，共振附近的高能粒子动力学的钟摆近似被发现是适用的，并且共振频率宽度与深陷反弹频率之比$ΔΩ/ω_b$等于4，正如理论预测的那样。第一次在实际不稳定条件下证明了这一系数4。结果表明，随着模振幅的增大，非线性摆近似的波粒相互作用被打破，系数$a=ΔΩ/ω_b$逐渐减小。
2017-11-17 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
Core localized alpha-channeling via low frequency Alfven mode generation in reversed shear scenarios
提出了一种新的托卡马克堆芯等离子体燃料离子加热通道，并用非线性回旋动力学理论进行了分析。该通道是通过反向剪切阿尔芬本征模（RSAE）自发衰减为低频阿尔芬模式（LFAM），然后通过无碰撞离子朗道阻尼加热燃料离子。研究了RSAE自发衰变的条件，导出了RSAE的饱和能级和由此产生的燃料离子加热率。该通道预计将是至关重要的未来反应堆下运行的反向剪切配置，其中融合α粒子产生的托卡马克核心的磁剪切通常是反向的，并有一个密集的RSAE频谱由于小α粒子的特征无量纲轨道。
2022-04-13 physics.plasm-ph
Core localized alpha-channeling via low frequency Alfven mode generation in reversed shear scenarios
本文提出一种托卡马克芯部燃料离子加热新机制，即反剪切阿尔芬本征模自发衰变为低频阿尔芬模并通过朗道阻尼加热离子，推导了相关条件与加热率，对未来反剪切聚变堆具有重要意义。
2023-07-10 physics.plasm-ph
Fast particle-driven ion cyclotron emission (ICE) in tokamak plasmas and the case for an ICE diagnostic in ITER
离子回旋频率范围内的快粒子驱动波（离子回旋辐射或ICE）为许多托卡马克装置中的受限和逃逸快离子提供了有价值的诊断。这是一种被动的、非侵入性的诊断方法，与ITER中氘氚等离子体的高辐射环境兼容，可以提供有关该设备中聚变α粒子和束离子的重要信息。在JET中，来自受限聚变产物的ICE与聚变反应速率的比例线性超过6个数量级，并提供了α粒子约束接近经典的证据。在TFTR中，从等离子体边缘的超Alfvénic α粒子中观察到ICE。DIII-D中的束驱动ICE的强度与鱼骨激发期间的中子速率下降的相关性比来自更直接的束离子损失诊断的信号更强。在ASDEX Upgrade中，ICE由超Alfvénic DD聚变产物和亚Alfvénic氘束离子产生。
2014-12-12 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
Onset of nonlinear structures due to eigenmode destabilization in tokamak plasmas
提出了一种通用的方法来区分能量粒子驱动的不稳定性产生频率啁啾或固定频率振荡的可能性。该方法采用数值计算的本征结构和多个共振表面的一个给定的模式中存在的高能离子阻力和随机性（由于碰撞和微湍流）。环形诱导，反向剪切和β诱导阿尔芬声学本征模作为例子。在实验中测得的波的特点和兼容性之间发现建议的标准预测和实验观察或缺乏观察的啁啾行为的Alfvenic模式在不同的托卡马克。研究发现，在许多等离子体实验中，微湍流引起的随机扩散是共振附近高能粒子失谐的主要机制，其强度是决定啁啾解是否产生的关键.所提出的标准构成了一个有用的预测工具，在评估是否在聚变装置中的快速离子损失的运输的性质将占主导地位的对流或扩散过程。
2017-02-14 physics.plasm-ph
Initiation of Alfvénic turbulence by Alfven wave collisions: A numerical study
在压缩磁流体动力学（MHD）框架下，数值研究了Alfvén湍流是由反向传播的Alfvén波（AWs）碰撞产生的普遍假设.在典型的低β日冕和内太阳风条件下，在三维模拟箱中发射了两个反向传播的AW，分析了AW碰撞前后产生的扰动的偏振和光谱特性。所观察到的碰撞后扰动有不同的偏振和较小的交叉场尺度比原来的波，这支持直接湍流级联的理论方案。然而，与理论预期相反的是，在满足经典临界平衡的非压缩MHD尺度下，谱输运被强烈抑制。相反，修改后的临界平衡，可以建立碰撞AW与显着较短的垂直尺度。我们讨论了压缩等离子体的湍流动力学和湍流加热这些影响的后果。特别地，如果日冕环子结构的特征宽度比环宽度小十倍以上，则日冕环可以被强湍流级联加热。揭示的AW碰撞的新特性必须纳入AW湍流的理论模型和相关的应用。
2022-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
An extended hybrid magnetohydrodynamics gyrokinetic model for numerical simulation of shear Alfvén waves in burning plasmas
采用广义鱼骨色散关系的理论框架，扩展的混合磁流体动力学陀螺动力学模拟模型已被推导出解析考虑热离子的可压缩性和抗磁效应，除了高能粒子的动力学行为。扩展模型已被用于实现扩展版本的混合磁流体动力学回旋动力学代码（XHMGC），以研究热离子动力学效应的高能粒子驱动的Alfvénic模式，如动力学β诱导的Alfvén本征模在托卡马克聚变等离子体。
2010-12-24 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
Global linear and nonlinear gyrokinetic modelling of Alfvén eigenmodes in ITER
本文给出了ITER托卡马克装置15 MA方案下，利用ORB 5程序的全局非线性电磁陀螺动力学模型对Alfvénic不稳定性，特别是环形Alfvén本征模（TAE）进行线性和非线性模拟。线性模拟表明，椭圆阿尔文本征模和奇宇称TAE只有弱阻尼，但不受α粒子的激发，其驱动有利于偶宇称TAE。发现低众数TAE是全局性的，需要全局治疗。非线性地，即使在标称EP密度加倍的情况下，单模模拟也会导致饱和，而EP传输可忽略不计，然而多模模拟预测，在标称EP密度加倍的情况下，将发生增强的饱和和显著的EP再分布。
2020-12-10 physics.plasm-ph
High frequency mode generation by toroidal Alfven eigenmodes
用非线性回旋动力学理论分析了HL-2A装置上观测到的环形Alfven本征模（TAE）产生高频模的非线性过程。研究发现，当两个主TAE共传时，HFM可以由$|nq-m|=1$扰动主导，且理想磁流体动力学占主导地位;当两个主TAE反向传播时，HFM可以由$nq-m=0$静电扰动表征.这里，$n$和$m$分别是环向和极向模式数，$q$是安全系数。该非线性过程对器件的平衡磁几何形状敏感。
2019-05-17 physics.plasm-ph
Observation of Toroidal Alfven Eigenmodes during Minor Disruptions in Ohmic Plasmas
在SUNIST球形托卡马克装置上首次发现了在无辅助加热的纯欧姆加热等离子体中激发的环形Alfven本征模。TAE模式在轻微破坏期间观察到，频率范围为150-500 kHz。模式结构分析表明存在m/n=-3/-1和-4/-1谐波，在实验室参考系中沿电子抗磁方向传播。这些TAE出现的同时，在电流猝灭阶段的逃逸电子的产生，伴随着轻微的破坏过程中的密度扫描。这些TAE的可能的驱动机制和潜在的应用进行了讨论。
2016-12-13 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
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
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
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
Suppressed Stiffness of energetic particle transport due to thermal plasma nonlinearity in tokamak plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
通过全局回旋动理学模拟，发现热等离子体非线性效应可降低高能粒子输运刚度，改变模式饱和标度，对ITER等燃烧等离子体预测建模至关重要。
2026-06-15 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
Isotope effects and Alfven eigenmode stability in JET H, D, T, DT, and He plasmas
该研究利用 JET 托卡马克的主动诊断数据，构建涵盖 H、D、T、DT 和 He 的 AE 稳定性数据库，发现阻尼随氢质量增加而降低、随氦增加而升高，表明辐射阻尼主导，并验证了主动 MHD 谱学推断有效离子质量的可行性。
2024-05-28 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
Three-dimensional simulation of the fast solar wind driven by compressible magnetohydrodynamic turbulence
利用三维可压缩磁流体动力学（MHD）模拟，我们再现了快速太阳风在一个直接和自洽的方式，基于波/湍流驱动的情况下。作为阿尔文扰动在其底部的自然结果，高度压缩和湍流波动产生，导致加热和加速的太阳风。功率谱和结构函数的分析表明，湍流的特点是它的不平衡（在向外阿尔芬波动的意义上）和各向异性的性质。密度波动起源于向外传播的阿尔芬波的参数衰减不稳定性，并在触发湍流的阿尔芬波反射中起着重要作用。我们的结论是，快速太阳风加热和加速的可压缩MHD湍流驱动的参数衰减不稳定性和合成阿尔芬波反射。
2019-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Linear and nonlinear benchmark of gyrokinetic simulation of energetic particle driven toroidal Alfven eigenmodes in ITPA TAE benchmark case
Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Science（中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
本文在ITPA TAE基准案例中对TEK代码开展线性与非线性基准测试，其非线性结果与解析理论吻合，为未来代码间非线性基准提供了数据。
2026-08-10 physics.plasm-ph
Measurements and modelling of fast-ion redistribution due to MHD instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
本文报道了各种MHD模式对MAST等离子体中NBI产生的快离子数的影响的综合研究结果。快离子再分布由于低频（20 - 50 kHz）啁啾高能粒子模式称为鱼骨，以及长寿命的内部扭结模式，观察与快离子氘α（FIDA）光谱仪和径向扫描准直中子相机。此外，强驱动的啁啾环形诱导阿尔芬本征模观察到快离子重新分配，锯齿和大的边缘局部模式。在每一种情况下，模式影响快离子的本征模结构和主环模数所管辖的区域的真实空间。建模使用全球运输分析代码TRANSP，与特设的异常扩散介绍，再现的粗功能的受影响的快离子分布在存在的能量粒子驱动的模式，但光谱和空间分辨FIDA测量表明，分布表现出结构上的一个更精细的规模比占这个模型。
2014-01-27 physics.plasm-ph
Global simulations of kinetic-magnetohydrodynamic processes with energetic electrons in tokamak plasmas
本文提出全局流体-动力学混合模型，耦合漂移动力学高能电子与朗道流体背景，非微扰研究托卡马克中高能电子驱动的阿尔芬本征模，MAS模拟与回旋动力学结果一致，并显著提升计算效率。
2023-05-09 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
Machine learning characterisation of Alfvénic and sub-Alfvénic chirping and correlation with fast ion loss at NSTX
托卡马克中Alfvénic和亚Alfvénic频段的突然大事件通常与快离子损失增加相关。在这里，机器学习用于加快从通常由人类识别的相应频谱图中表征磁扰动行为的费力过程。分析允许不同的模式特性（如静态，固定频率，啁啾，雪崩）和等离子体参数之间的比较，从TRANSP代码，如中性束注入（NBI）速度和阿尔文速度（$v_{\textrm{inj.}}/v_{\textrm{A}}$），$q$ -配置文件，和中性束β和总的等离子体β（$β_{\textrm{beam},i}/β$）的比率。与Fredrickson等人的先前工作一致。[Nucl. Fusion 2014，54 093007]，我们发现$β_{\textrm{beam},i}$和模式特征之间存在相关性。此外，以前未知的相关性之间的时刻的频谱和模式字符。沿边界$v_φ \lessapprox \frac{1}{4}(v_{\textrm{inj.}} - 3v_{\textrm{A}})$观察到50 - 200 kHz频带内磁波动从静态到非静态行为的特征转变，其中$v_φ$是旋转速度。
2020-01-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Up-down asymmetric tokamaks
已经证明，体环旋转能够稳定危险的MHD模式和湍流。在这篇论文中，我们探索了一种在大型托卡马克中驱动旋转的方法：磁平衡中的上下不对称。我们试图通过寻找最佳的上下不对称通量表面形状来最大限度地提高这种旋转。首先，我们使用理想的MHD模型来表明，低阶外部成形（例如伸长）最适合在整个设备中创建上下不对称的通量表面。然后，我们计算实际的上下不对称平衡输入到非线性陀螺湍流分析。分析陀螺动力学表明，在快速成形效果的限制，极向倾斜的通量表面成形湍流运输的影响不大。由于上下对称的表面不传输动量，这种倾斜不变性意味着关于极向平面中的任何线具有镜像对称的设备将驱动最小的旋转。因此，进一步的分析研究表明，非镜像对称通量表面的包络线创建的快速成形效应的跳动可能会产生显着更强的动量传输。这些分析结果的指导下，我们进行了本地非线性的非镜像对称通量表面的模拟与尽可能低的成形效果。首先，我们考虑倾斜的椭圆形通量面与Shafranov移位，并发现在动量输运的影响时，压力分布的平衡被包括在内。然后，我们模拟通量表面与独立倾斜伸长和三角形。这些双模式配置显示出$60\%$的增加超过配置与只是伸长或三角形。一个粗略的分析估计表明，最佳的双模式配置可以驱动旋转轴阿尔芬马赫数$1.5 \%$在ITER类机器。
2016-11-23 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
The Berk-Breizman Model as a Paradigm for Energetic Particle-driven Alfven Eigenmodes
磁约束等离子体中持续核聚变的实现依赖于对聚变反应产生的高能离子的有效约束。这些粒子可以激发Alfven本征模（AE），这显著降低了它们的约束，并威胁到未来反应堆的真空容器。为了开发诊断和控制方案，需要更好地理解等离子体波和高能粒子之间的共振相互作用的线性和非线性特征。在一个孤立的单共振的情况下，问题是类似的所谓的伯克-Breizman（BB）的问题，这是一个经典的凸点尾部静电问题，包括外部阻尼的热等离子体和碰撞的延伸。一个半拉格朗日模拟程序，COBBLES，开发解决初始值BB问题。在实验相关条件下的非线性行为的不稳定性分为稳态，周期性，混沌和频率扫描（啁啾）制度。混沌政权扩展到一个线性稳定的区域，并提出了这样的亚临界不稳定性的机制。分析和半经验的法律非线性啁啾的特点，如扫描率，寿命和不对称性，开发和验证。长时间的模拟表明存在准周期啁啾制度。碰撞阻力和扩散被证明是必不可少的再现主要啁啾事件和静态相位，这是在实验中观察到的交替。在此基础上，提出了一种将COBBLES模拟结果与啁啾声发射实验结果进行拟合的方法。该方法可产生局部线性驱动和外部阻尼率，并应用于JT-60 U和MAST托卡马克的环向诱导声发射（TAE）。这表明存在着相对远离边际稳定性的TAE。
2011-01-28 physics.plasm-ph
Magneto-HydroDynamic activity and Energetic Particles - Application to Beta Alfven Eigenmodes
磁聚变研究的目标是提取聚变反应释放的能量，并由这些反应的产物携带，以几兆电子伏的能量释放。聚变能生产的可行性依赖于我们限制这些高能粒子的能力，同时保持热核等离子体在安全的操作条件下。为此目的，有必要了解并找到控制高能粒子与热核等离子体之间相互作用的方法。达到这两个目标是在博士期间进行的工作的一般动机。更具体地说，我们的重点是一种类型的不稳定性，β Alfven本征模（BAE），它可以由高能粒子驱动，并对高能粒子和热粒子的约束产生影响。在这项工作中，我们研究了BAE的特性分析，并推导出其色散关系和结构。接下来，我们分析了在高能粒子的存在下的模式的线性稳定性。首先，一个纯粹的线性描述，这使得有可能得到一个分析的线性判据BAE不稳定的高能粒子的存在。这一标准进行了比较，在博士学位期间的托雷-上托卡马克实验。其次，由于线性分析揭示了BAE稳定性的一些特征，这些特征受到强烈的非线性修改，因此提出了该模式的亚临界活动的可能性的问题。我们提出了一个简单的方案，使亚稳定模式的存在，验证分析和数值。这样的情况下被发现是相关的物理和规模表征BAE。
2009-12-14 physics.plasm-ph
A novel measurement of marginal Alfvén Eigenmode stability during high power auxiliary heating in JET
阿尔文本征模（AE）与高能粒子的相互作用是决定未来托卡马克成功的许多重要因素之一。在JET中，安装了八个船内天线，以主动探测频率范围为25-250 kHz和环形模式数$\vert n \vert < 20$的稳定AE。在2019-2020年氘活动期间，在近800次等离子体放电中测量了近7500次共振及其频率$f_0$、净阻尼率$γ< 0$和环形模式数。从这个数据库的统计分析，连续性和辐射阻尼被推断为增加与边缘安全系数，边缘磁剪切，并包括非理想的影响。稳定的AE观测和它们相关的阻尼率被发现与$\vert n \vert$减少。有源天线激励也被发现是无效的H-模式，而不是L-模式，这可能是由于增加的边缘密度梯度的影响，可访问性和ELM相关的噪声对模式识别的影响。一种新的测量报告的边缘稳定，边缘局部化的椭圆度引起的AE探测天线在高功率辅助加热（ICRH和NBI）高达25兆瓦。NOVA-K动力学MHD模拟结果与$f_0$、$γ$和$n$的实验测量结果吻合良好，表明在这种情况下连续介质和电子朗道阻尼占主导地位。计划为最近的氢和正在进行的氚活动进行类似的实验和计算研究，为即将到来的DT活动做准备。
2021-11-26 physics.plasm-ph
Theoretical and Global Simulation Analysis of Collisional Microtearing
本研究针对托卡马克等离子体中的碰撞微撕裂模，通过BOUT++框架开展理论与模拟分析，推导统一色散关系，明确其不稳定性分布、生长率影响因素及饱和与输运机制。
2024-04-11 physics.plasm-ph
Tokamak edge-SOL turbulence in H-mode conditions simulated with a global, electromagnetic, transcollisional drift-fluid model
本研究利用GRILLIX代码的跨碰撞电磁全局漂移流体模型，首次模拟ITER基准H模下ASDEX Upgrade托卡马克边缘-刮削层湍流，验证与实验吻合性，分析湍流结构等，为聚变堆预测模拟铺路。
2024-09-17 physics.plasm-ph
3D MHD modelling of plasmoid drift following massive material injection in a tokamak
School of Physics, Beihang University（北京航空航天大学物理学院）
研究通过三维非线性MHD建模揭示了托卡马克中大规模材料注入后磁流体漂移的机制，发现SAW制动和Pégourié制动在限制电荷分离中起关键作用。
2024-07-30 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
