Computing the shape gradient of stellarator coil complexity with respect to the plasma boundary
线圈的复杂性是仿星器设计中的关键考虑因素。传统的两步优化方法（其中等离子体边界针对物理性质进行优化，并且线圈随后被优化以与该边界一致）可能导致不能用足够简单的线圈产生的等离子体形状。为了解决这一挑战，我们提出了一种方法，将线圈的复杂性的考虑，在等离子体边界的优化。线圈复杂性指标是根据REGCOIL代码（Landreman 2017 Nucl.Fusion 57 046003）获得的当前潜在解决方案计算的。我们使用形状梯度计算这些度量相对于等离子体边界扰动的局部灵敏度（Landreman & Paul 2018 Nucl.Fusion 58 076023）。我们扩展REGCOIL计算这些指标的导数相对于描述等离子体边界的参数。为了与之前关于绕组表面优化的研究保持一致（Paul等人，2018 Nucl.Fusion 58 076015），使用离散伴随方法计算形状导数。与以前的工作相比，导数计算相对于等离子体，而不是绕组表面参数。为了进一步降低所需的分辨率，我们提出了一个更有效的表示等离子体表面使用一个单一的傅立叶级数来描述从坐标轴的径向距离和光谱浓缩极向角。这种表示优于VMEC代码（Hirshman & Whitson 1983 The Physics of Fluids 26 3553 - 3568）中使用的标准圆柱表示，因为它提供了唯一定义的极向角，消除了等离子体表面优化中的零空间…
2021-04-22 physics.plasm-ph
Immersed boundary methods for numerical simulation of confined fluid and plasma turbulence in complex geometries: a review
综述了计算复杂几何条件下受限流体和等离子体流动的浸没边界方法。描述了体积惩罚技术的数学原理，并给出了一维Dirichlet和Neumann边界条件的简单例子。在两个和三个空间维度的流体和等离子体湍流的应用程序说明的适用性和效率的方法在计算复杂的几何形状，例如在环形几何形状与非对称极向截面的流动。
2015-08-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Application of GPU-accelerated FDTD method to electromagnetic wave propagation in plasma using MATLAB Parallel Processing Toolbox
由于MATLAB数值计算提供了各种各样的优势，例如更容易开发和调试计算代码，而不是低级语言，因此在过去十年中，该工具的普及程度显着增加。但是，MATLAB比其他语言更慢。此外，在图形处理器（GPU）上利用MATLAB并行计算工具箱也面临着一定的局限性.对这些限制缺乏关注会降低程序的执行速度。甚至有时，并行GPU代码比串行代码慢。研究了利用MATLAB并行计算工具箱提高时域有限差分法（FDTD）求解复杂电磁问题性能的一些技巧。实现这些技术允许GPU加速并行FDTD代码执行速度比（基本）串行FDTD代码快20倍。最后，利用GPU加速的并行FDTD程序对等离子体中电磁波的计算建模进行了优化。在该模拟中，使用等离子体的动力学理论方程（不包括非弹性碰撞），并通过FDTD方法（耦合FDTD与动力学理论）研究时间演化。
2022-11-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Atomic Precision Processing of New Materials for Frontier Microelectronic Applications in High Performance Computing and Artificial Intelligence
本文是普林斯顿等离子体物理实验室、IBM T.沃森研究中心和应用材料公司。向美国能源部科学办公室（DOE-SC）索取信息：微电子基础研究计划（https：//www.federalregister.gov/documents/2019/07/12/2019-14869/request-for-information-basic-research-initiative-for-microelectronics）。具体而言，我们建议能源部-SC在其未来微电子招标的考虑中包括以下主题：1）发展实时监测和原位诊断技术，该技术可以提供关于等离子体、衬底表面、以及在复杂材料的原子精密加工过程中两者之间的相互作用，这些材料用于最先进的微电子器件，并应用于高性能计算和人工智能。智能，以及2）实验验证的建模工具的开发，以预测包括等离子体，化学和材料过程的处理动态。
2020-09-07 physics.app-ph 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
Equilibrium reconstruction for Single Helical Axis reversed field pinch plasmas
单螺旋轴（SHAx）结构是强流反场箍缩（RFP）等离子体的自然状态。这些状态的特点是在核心等离子体中存在传输势垒。在这里，我们提出了一种方法来计算这些状态的平衡磁表面的无力近似，这已经实现了SHEq代码。该方法是基于叠加的零阶轴对称平衡和一阶螺旋扰动计算根据Newcomb的方程与边缘磁场测量补充。所测得的电子温度分布，软X射线发射和干涉密度测量计算的磁表面上的映射表明的平衡重建的质量。计算通量表面平均值的程序进行说明，并适用于评估的热导率分布。文中还讨论了所求得的平衡点与欧姆定律的一致性。
2011-01-11 physics.plasm-ph
Particle Simulation of Plasma Drag Force Generation in the Magnetic Plasma Deorbit
磁等离子体离轨方法已被提出用于低地球轨道（LEO）中的微型和纳米卫星。磁等离子体离轨是利用空间等离子体与磁力矩器（MTQ）周围磁场相互作用产生的等离子体拖曳力。在这项研究中，磁等离子体离轨方法产生的等离子体阻力估计使用等离子体流模拟的基础上完全动力学模型。研究了等离子体拖曳力与MTQ角、大气等离子体密度和MTQ磁矩的关系。模拟结果表明，弓形激波和磁层的结构形成在MTQ附近。当MTQ的磁矩与卫星速度方向平行时，当MTQ为10 A m $^2$时，等离子体拖曳力为105.2 nN。等离子体拖曳力表现出强烈的依赖于磁矩角。此外，等离子体拖曳力与大气等离子体密度和MTQ磁矩成正比。验证了磁等离子体离轨过程中稳定拖曳力的产生，并阐明了拖曳力对相关参数的敏感性。
2021-06-01 physics.plasm-ph
Simulations of dusty plasmas using a special-purpose computer system for gravitational N-body problems
尘埃等离子体的模拟是使用GRAPE-6，一个专用的计算机设计的引力N体问题。通过三维计算机模拟研究了注入等离子体的尘埃粒子的集体行为。作为尘埃等离子体模拟的一个例子，我们计算了微重力条件下尘埃粒子在等离子体中的运动。在这个模拟中，在尘埃云中观察到一个称为“空洞”的无尘区域。另一个例子是模拟等离子体中库仑晶体的实验。在典型的实验室条件下观察到库仑晶体的形成。对于在微重力下模拟3x10^4粒子的尘埃等离子体，GRAPE-6可以比使用Pentium 4 -1.6GHz CPU快1000倍地执行整个操作。
2004-10-23 physics.plasm-ph
Simulation of plasma water interaction with discharge in the existing bubble in water
等离子体-液体相互作用是等离子体技术中的一个重要问题。采用有限元法（FEM）对3种不同几何形状的介质阻挡放电进行了二维模拟，研究了水中球形气泡放电的数值模拟。在不同的时间内，电子密度随电压、频率、介质厚度和气泡半径的变化进行了研究。结果表明，电子密度随电压、频率和气泡半径的增加而线性增加，而随介质厚度的增加而线性增加。高的等离子体密度表示足够的等离子体-水相互作用。
2022-08-25 physics.plasm-ph
Emergence of MHD structures in a collisionless PIC simulation plasma
采用一维粒子模拟方法，模拟了在初始均匀垂直磁场中稠密等离子体向稀等离子体的膨胀过程。稠密等离子体以快速稀疏波的形式膨胀。被加速的稀等离子体通过其背面的切向不连续性与稠密等离子体分离。在其前部形成一个马赫数为1.5的快速磁声激波。我们的模拟演示了波的色散如何加宽激波过渡层成为一个非线性快磁声波的训练。
2017-08-26 physics.plasm-ph
A numerical simulation of the backward Raman amplifying in plasma
本文描述了一种基于流体动力学近似的数值模拟方法，研究了激光脉冲与低密度等离子体的相互作用。我们研究后向拉曼放大（BRA）实验及其变体。数值计算结果与实验结果吻合较好。
2005-11-18 physics.plasm-ph
Machine learning accelerated particle-in-cell plasma simulations
粒子模拟（PIC）方法经常用于等离子体的动力学、高保真度模拟。PIC算法的隐式配方具有很强的守恒性，数值舍入误差，并且不受时间步长的限制，这使得它们成为一个有吸引力的候选人，用于模拟聚变等离子体。目前，他们仍然是昂贵的高逼真度模拟宏观等离子体。我们研究如何摊销求解器可以与PIC方法模拟等离子体。合并到摊销求解器，神经网络预测的向量空间，需要一个近似的解决方案的PIC系统。该网络仅使用流体矩和电场作为输入，其输出用于增加迭代线性求解器的向量空间。我们发现，这种方法减少了约25%，当模拟电子等离子体振荡所需的求解器迭代的平均数量。这种新的方法可以允许加速隐式PIC模拟，同时保留所有的守恒律，也可以适用于多尺度系统。
2021-10-24 physics.plasm-ph
Simulation Study of the Influence of Experimental Variations on the Structure and Quality of Plasma Liners
在与等离子体衬层实验（PLX）相关的条件下，对由六股高超声速等离子体射流合并形成的球形内爆等离子体衬层的一段进行了模拟研究[S. C. Hsu等人，IEEE等离子体科学学报{ \bf 46}，1951（2018）]。模拟的主要目的是等离子体衬里的详细结构和它们的整体性能的灵敏度研究实验质量的变化和定时抖动在六个等离子体射流。实验上可观察到的合成量已计算使用模拟数据，并与现有的实验数据进行比较。模拟预测，主要的斜激波结构是保存在小的实验变化。在内衬内爆的后期阶段，主冲击，特别是二次冲击对实验变化更敏感。这些结论来自模拟数据以及合成和实验干涉测量与可见光图像之间的比较。冲击波结构的微小位移可能导致早期合成干涉仪数据的显著变化。我们的研究还表明，等离子体衬层的整体性能（沿等离子体衬层前缘的平均马赫数和平均冲压压力）对实验变化不是很敏感。PLX实验数据在很大程度上证实了衬垫结构的模拟数据。
2018-10-17 physics.plasm-ph
Characterization of discharge capillaries via benchmarked hydrodynamic plasma simulations
本研究利用经实验验证的流体等离子体模拟表征放电毛细管放电过程，揭示能量沉积特性，为等离子体加速器设计提供可靠工具。
2025-06-19 physics.plasm-ph
Simulations of electromagnetic emissions produced in a thin plasma by a continuously injected electron beam
本文采用二维粒子模拟方法研究了薄束流-等离子体系统中产生的电磁辐射。对于第一次，在这样一个系统中的发射产生的问题被认为是在现实的制定允许通过等离子体边界的相对论电子束的连续注入。特别注意薄等离子体的情况下，横向等离子体的大小是可比的光束驱动振荡的典型波长。这种情况下，经常在实验室束等离子体实验中实施，并具有一些特点。从薄等离子体的发射不需要中间产生的电磁等离子体本征模，在无限的情况下，更类似于常规的天线辐射。在这项工作中，我们确定如何有效地基本和二次谐波发射可以产生在以前调制和最初均匀的等离子体。
2015-12-22 physics.plasm-ph
On the validity of drift-reduced fluid models for tokamak plasma simulation
漂移减少等离子体流体模型通常用于等离子体物理的分析和模拟，然而，这种模型的有效性必须验证的参数空间中存在的托卡马克等离子体的区域。通过观察漂移减少模型和全速模型的线性行为，可以确定通过漂移减少提供的简化而损失的物理在托卡马克的核心区域是重要的。对于边缘区域，这是更可接受的，但是必须针对给定的模拟确定这样的模型是否合适。
2015-06-11 physics.plasm-ph
Modeling of plasma turbulence and transport in the Large Plasma Device
大型等离子体装置（LAPD）中的等离子体湍流的数值模拟[Gekelman等人，Rev. Sci.仪器：62，2875，1991]。模型采用BOUT程序[M. Umansky等人，Contrib. Plasma Phys.180，887（2009）]包括用于等离子体密度、电子平行动量和电流连续性的3-D碰撞流体方程，并且还包括离子-中性碰撞的效应。在非线性模拟中，使用测得的LAPD密度分布，但为了简单起见，假设恒定的温度分布，不稳定性和非线性产生的带状流的自洽演变的结果在饱和湍流状态。这些模拟与LAPD等离子体中的测量结果的比较，揭示了良好的定性和合理的定量协议，特别是在频谱，空间相关性和密度波动的幅度概率分布函数。为了与LAPD测量结果进行比较，模拟中的等离子体密度分布可以通过在每个时间步长上直接进行方位平均来保持，也可以通过添加粒子源/汇函数来保持。推断的源/汇值与估计的电离源和LAPD的平行损失是一致的。这些模拟奠定了基础，更全面的努力来测试流体湍流模拟对LAPD数据。
2011-01-27 physics.plasm-ph
Two-dimensional simulations of nonlinear beam-plasma interaction in isotropic and magnetized plasmas
采用二维粒子模拟方法研究了低密度电子束与均匀等离子体的非线性相互作用。我们专注于形成相干相空间结构的情况下，当一个宽的二维波谱被驱动不稳定，我们还研究了这些结构的非线性演化是如何受到外部磁场。在各向同性等离子体的情况下，由于双流和倾斜不稳定性的综合影响的非线性建立的压缩模式被发现存在和二次不稳定性的增长机制破坏BGK-型非线性波被确定。在弱磁场中，束-等离子体相互作用非线性阶段，束激发等离子体波的能量主要流向平行于磁场传播的短波长上混杂波，而在强磁场中，谱能量则转移到斜向传播的静电哨声上。
2012-02-27 physics.plasm-ph
Physics of plasma burn-through and DYON simulations for the JET ITER-like wall
采用DYON方法模拟了具有ITER类壁的欧洲联合环（JET）的等离子体烧穿过程。这项研究的主要目的是验证模拟与ITER的墙壁，由铍制成。利用DYON模拟描述了纯氘等离子体在无杂质情况下的烧穿过程，并解析地推导了氘烧穿判据。利用DYON程序中的壁面溅射模型模拟了含杂质的等离子体烧穿过程，并对该模型进行了修正。壁溅射模型和验证JET数据。通过参数扫描讨论了DYON模拟中假设等离子体参数的影响。结果表明，预充气体压力和环形电场对JET等离子体烧穿的作用空间与Townsend雪崩判据是一致的。
2013-09-19 physics.plasm-ph
Three-dimensional PIC simulation of electron plasmas
本文用粒子网格程序研究了纯电子等离子体的三维演化，该程序考虑了平行于磁场运动的动力学效应，求解了漂移泊松方程。不同的结果有关的非线性动力学的捕获等离子体和低能电子束。
2004-10-21 physics.plasm-ph
FDTD simulation algorithm of magnetized plasma media
磁化等离子体模拟技术已被实现到一个著名的FDTD求解器MEEP作为一个子类的“磁化率”类。磁化等离子体具有旋光特性，波在材料中传播时极化矢量发生旋转。在半导体材料中可以发现固态等离子体，这就提出了在现代光子学发展中利用等离子体的回旋特性的问题。为了测试该软件，圆极化波通过9毫米层的磁化等离子体的传播进行了模拟和比较的解析解。
2018-12-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Evolution of the autoresonant plasma wave excitation in two-dimensional particle-in-cell simulations
本文通过二维粒子模拟研究双激光啁啾拍频驱动自共振等离子体波，发现二维效应引发类Weibel不稳定性和激光成丝，但自注入电子加速仍可达一维结果的70%–80%。
2024-06-10 physics.plasm-ph
Electric microfield distribution in two-component plasmas. Theory and Simulations
计算了带电粒子在双组分等离子体中运动时的微电场分布。通过参数积分技术和使用屏蔽对近似的广义径向分布函数的理论近似。结果表明，双组分等离子体微场分布比通常使用的OCP模型的相应分布显示出更大的概率高的微场值。准经典分子动力学模拟验证了该理论。对于模拟的修正Kelbg赝势已被使用。
1999-12-09 physics.plasm-ph
Comment on: "Self-Diffusion in 2D Dusty-Plasma Liquids: Numerical-Simulation Results" [arXiv:0812.0338]
本文分析了二维强关联汤川液体中的超扩散现象。特别是，我们报告了一个定期的，单调的行为上的屏蔽参数的扩散指数。
2009-09-01 physics.plasm-ph
Gyrokinetic continuum simulation of turbulence in a straight open-field-line plasma
本文采用全$f$间断Galerkin程序Gkeyll对直场线结构中的静电等离子体湍流进行了3D2V连续回旋动力学模拟。这些模拟包括聚变装置刮除层的基本要素：模拟从堆芯流出的等离子体的局部源、交叉场湍流输运、沿磁场线的平行流，以及在限制器或偏滤器处的平行损失和鞘模型边界条件。模型中使用的鞘层边界条件允许电流流过壁。除了详细的数值方法，结果从湍流的数值模拟的大型等离子体装置（LAPD），具有直磁场线的线性装置，提出。
2017-02-10 physics.plasm-ph
Plasma electron trapping in quasistatic simulations of plasma wakefield acceleration
等离子体尾场加速研究目前相当依赖于使用高度专业化的软件数值模拟这种效果。问题的计算难度太大，需要简化模型和方法，限制了这种软件的适用性。例如，准静态近似利用不包括由尾流场捕获等离子体电子的等离子体模型。本文提出了一种利用准静态等离子体束求解器计算尾流场俘获等离子体电子参数的方法。
2017-12-03 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Full-$f$ gyrokinetic simulation of turbulence in a helical open-field-line plasma
采用静电五维回旋动力学连续介质模拟方法，研究了全坏曲率螺旋平板几何条件下，螺旋开场线等离子体中曲率驱动的湍流。在模型中使用了国家球形环实验刮除层等离子体的参数。等离子体斑点的形成和对流径向运输的观察，它表明，径向粒子运输水平是几倍高于扩散玻姆运输估计。通过减小极向磁场的强度，观察到偏滤器板的热通量的轮廓变宽。
2018-10-22 physics.plasm-ph
MAICRM: A general model for rapid simulation of hot dense plasma spectra
本文的工作是在一般模型--多平均离子碰撞辐射模型（MAICRM）的基础上继续发展的。在这个模型中，一个平均离子被用来表征平均轨道占领和总人口的配置在一个单一的电荷状态。通过连续迭代求解两组速率方程得到平均离子的轨道占据和布居。在不同等离子体条件下计算的Au和Au等离子体光谱与DCA/SCA的计算结果吻合较好，而计算成本要低得多。
2020-12-25 physics.plasm-ph
Hou et al. Reply to the comment [arXiv:0904.2989] on "Self-Diffusion in 2D Dusty-Plasma Liquids: Numerical-Simulation Results"
回复关于“2D粉尘等离子体液体中的自扩散：数值模拟结果”的评论[arXiv：0904.2989][arXiv：0812.0338]
2009-04-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of high energy electron production by intense laser pulses in underdense plasmas
采用二维粒子模拟方法研究了强激光脉冲在欠密等离子体中的传输和高能电子的产生。当激光功率与相对论自聚焦的临界功率之比为最佳值时，电子在激光器中稳定传输，能量最大。
2004-10-23 physics.plasm-ph
Observations of Heteroclinic Bifurcations in Resistive MHD Simulations of the Plasma Response to Resonant Magnetic Perturbations
在单流体和双流体电阻磁流体动力学（MHD）模拟中，发现了旋转球形托卡马克等离子体中一类新的静态磁流体动力学（MHD）磁岛分叉。随着外部施加的非轴对称磁场扰动的幅度在这些模拟中增加，构成等离子体中的共振螺旋磁岛的子集的内部通量表面逐渐伸长并经历异宿线分叉。分叉的结果是产生一组新的双曲椭圆不动点，正如Poincaré-Birkoff不动点定理所预言的那样。场线计算不包括电阻MHD等离子体响应所施加的扰动场不经历这类分叉，表明在分叉过程中的等离子体自组织的重要性。
2018-06-12 physics.plasm-ph
Numerical thermalization in 2D PIC simulations: Practical estimates for low temperature plasma simulations
本文提供2D PIC模拟中数值热化效应的实用教程，给出多种网格分辨率下的数值阻力与扩散系数及相关时间尺度，通过比较评估其对CCP、ICP等低温等离子体应用的影响，并提出缓解策略。
2024-01-11 physics.plasm-ph
Measurement and simulation of laser-induced fluorescence from non-equilibrium ultracold neutral plasmas
我们报道了超冷中性等离子体中激光诱导荧光的新测量和模拟。我们专注于最早的时候，当等离子体平衡正在发展和等离子体膨胀之前。在模拟中，离子通过Yukawa势相互作用在一个小细胞与包裹的边界条件。我们解决的光学布洛赫方程为每个离子在模拟作为时间的函数。模拟和实验都显示了初始布洛赫矢量旋转，无序引起的加热，和相干振荡的均方根离子速度。荧光信号的详细建模使得有可能使用荧光光谱探测超冷和强耦合等离子体中的离子动力学。
2009-06-25 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Hermes-3: Multi-component plasma simulations with BOUT++
本研究提出基于BOUT++的多组分等离子体流体模拟开源工具Hermes-3，支持多维度、多粒子种类的稳态与时间演化问题模拟，通过托卡马克边界相关应用验证了其功能，已开源并配套文档与测试套件。
2023-06-16 physics.plasm-ph
Simulations of Argon Plasma Decay in a Thermionic Converter
采用粒子模拟方法研究了氩离子二极管间隙中氩等离子体的动力学行为。的时间平均二极管电流，作为电极之间的相对电位的函数，进行了研究，而等离子体密度耗尽，由于在电极表面上的重组。在1D和2D中进行模拟，并且在两种情况之间的等离子体衰减中观察到显著差异。具体而言，在2D中，人们发现，静电势随着等离子体的衰减而逐渐变化，而在1D中，等离子体中的波动导致大的电位波动，其相对于2D情况改变了等离子体的衰减特性。这在时间平均二极管电流中产生显著差异。此外，有人发现，最大的时间平均电流收集时，二极管电压被设置为平带条件，其中阴极和阳极真空偏压是相等的。这提出了一种新的技术，测量阴极和阳极之间的功函数的差异，在电子转换器。
2021-02-01 physics.plasm-ph
Gyrokinetic continuum simulations of plasma turbulence in the Texas Helimak
第一个陀螺动力学模拟等离子体湍流在得克萨斯州Helimak设备，一个简单的磁化环面。该装置具有类似于托卡马克的刮除层区域的功能，例如不良曲率驱动的不稳定性和端板上的鞘边界条件，这些都包括在这些模拟中。模拟和实验测量之间的比较显示出相似之处，包括接近实验值的平衡曲线和波动幅度，但也有一些重要的定量差异。实验和模拟结果都表现出湍流统计特性的斑点运输。
2019-03-14 physics.plasm-ph
Technical Aspects of Plasma Operational Simulation (POPSIM): A Framework for Data-Driven Simulation and Control
本文介绍了基于JAX构建的数据驱动模拟与控制框架POPSIM，旨在通过结合原理模型与数据驱动模型解决托卡马克运行控制的模拟建模需求，并报告了其解决的关键软件与运行问题。
2025-09-12 physics.plasm-ph
Electromagnetic total-f algorithm for gyrokinetic particle-in-cell simulations of boundary plasma in XGC
本研究将XGC中原用于核心等离子体的简化delta-f混合变量/回拉电磁算法推广为可纳入边界等离子体的total-f电磁算法，通过类DIII-D的H模模拟验证其对提升电子输运模拟保真度的必要性。
2022-04-26 physics.plasm-ph
Plasma burn-through simulations using the DYON code and predictions for ITER
本文将讨论模拟完整的电离过程（即等离子体烧穿），创造高温等离子体的基础。通过施加电场，气体被电子雪崩过程部分电离。为了提高电子温度，剩余的中性粒子需要在等离子体烧穿阶段完全电离，因为辐射是电子功率损失的主要贡献。辐射功率损耗可能会受到与面向等离子体的部件相互作用产生的杂质的显著影响。DYON代码是由欧洲联合圆环（JET）开发的等离子体烧穿模拟器[1] [2]。利用等离子体壁相互作用模型，以自洽的方式计算了等离子体温度和等离子体密度（包括杂质含量）的动态演化。最近在JET安装了铍墙，使得在新的金属等离子体面对部件的情况下，能够验证等离子体烧穿模型。等离子体烧穿阶段的模拟结果显示一致的良好协议，对实验在射流，并解释在等离子体启动与旧的碳等离子体面临的组件期间观察到的差异。在国际热核聚变实验反应堆（ITER）中，允许的环形电场被限制为0.35 [V/m]，这与当前设备中使用的典型值（~ 1 [V/m]）相比显著更低。环向电场的限制也缩小了ITER等离子体形成过程中其他操作参数的范围。因此，预测模拟等离子体烧穿在ITER使用验证模型是至关重要的。本文提供了一个概述的DYON代码和验证，以及新的预测模拟ITER使用DYON代码。
2014-03-04 physics.plasm-ph
Kinetic simulations of ladder climbing by electron plasma waves
利用等离子体参数的啁啾调制，等离子体波的能量可以在光谱上上下移动，这可以由外场驱动。取决于波谱是离散的（有界等离子体）还是连续的（无界等离子体），这种现象被称为爬梯（LC）或等离子体激元的自共振加速。它首先由Barth \textit{et al.} [PRL \textbf{115}，075001（2015）]基于线性流体模型提出。本文利用无碰撞束缚等离子体的全非线性Vlasov-Poisson模拟研究了电子等离子体波的LC。结果表明，在协议的基本理论，等离子体激元生存的频谱的实质性转变，只有当它们的波数变得足够大，触发朗道阻尼被破坏。由于非线性效应降低了阻尼率，因此LC在像准周期Bernstein-Greene-Kruskal（BGK）波而不是朗缪尔波\textit{per~se}上实施时甚至更有效。
2017-03-22 physics.plasm-ph
Development of a plasma simulation tool for accelerating cavities
本研究首次利用COMSOL模拟超导射频（SRF）腔的等离子体处理过程，以杰斐逊实验室C75 SRF腔为案例，预测腔内部等离子体点火条件，为最优射频耦合、点火模式及气体浓度、功率、压力等参数选择提供依据，助力提升SRF腔加速梯度。
2024-05-16 physics.plasm-ph
Vlasov Simulation of Emissive Plasma Sheath with Energy-Dependent Secondary Emission Coefficient and Improved Modeling for Dielectric Charging Effects
采用一维VlasovPoisson数值模拟程序研究了考虑电子感生次级电子发射（SEE）和背散射的等离子体鞘层。在等离子体模拟中，一般认为单粒子效应系数为常数，本文建立了改进的带电介质壁单粒子效应模型，该模型考虑了壁面充电对单粒子效应系数的影响以及单粒子效应系数的能量依赖性。详细研究了在等离子体模拟中实现上述SEE模型的相关算法。结果表明，随着负壁电荷量的增加，单粒子效应系数增大，而负壁电荷量的增加又降低了发射鞘层电位。与经典发射鞘层理论所预言的线性关系相反，鞘层势是等离子体电子温度的非线性函数，且与能量有关。结合壁电荷效应和SEE系数能量依赖性的模拟表明，在高的等离子体电子温度水平下，鞘层电位和表面电荷饱和，形成空间带电的有限鞘层。此外，还对动力学模拟中实现后向散射的不同算法进行了测试和比较。通过有效的SEE系数将背散射电子转换为次级电子，对鞘层性质几乎没有影响。模拟结果表明，是相称的升级鞘理论的预测。
2022-09-20 physics.plasm-ph
A 3D Magnetohydrodynamic simulation for the propagation of plasma plume transverse to applied magnetic field
采用三维理想磁流体动力学（MHD）模拟方法，研究了激光等离子体羽流在垂直于等离子体羽流方向的中等强度（0.13 T）磁场中的演化过程。模拟结果表明，等离子体羽流将外部磁场线沿膨胀方向向外推。这导致磁场线的压缩和弯曲。由磁场线的形状和密度的变化产生的力对抗羽流的膨胀。在等离子体/外场界面处形成了一个椭圆形的冲击等离子体层，由于羽流的向外膨胀和惯性，在羽流核中留下了一个空腔。当等离子体压力由于膨胀而下降时，磁能和内能之间的不平衡导致腔的塌陷。这些观测结果与最近进行的实验[Phys. Plasmas 24，033511（2017）]的观测结果具有惊人的相似性，这些实验是为了研究在外部横向磁场存在下等离子体羽流膨胀。这种相似性表明，在中等磁场中控制等离子体羽流膨胀的物理机制在理想MHD区域中得到了恰当的描述。研究表明，激光等离子体羽流可以在简单的实验室装置中进行有趣的MHD现象实验。
2021-08-02 physics.plasm-ph
Modeling and simulation of ion energy distribution functions in technological plasmas
蚀刻和沉积等高度先进的表面处理主要是通过技术等离子体的非凡特性实现的。影响这些过程的主要因素是撞击衬底表面的各种物质（特别是离子）的通量和能量。这些特征可以用离子能量分布函数（IEDF）理论上描述。本文从简化模型到自洽等离子体模拟，总结了IEDF建模和模拟的基本概念。最后，控制IEDF的概念进行了讨论。
2011-09-20 physics.plasm-ph
Hermes: Global plasma edge fluid turbulence simulations
在磁约束等离子体的相对碰撞边缘区域中的热量和粒子的输运是一个具有科学挑战性和技术重要性的问题。理解和预测这种运输需要等离子体波动，全球配置文件和流量的自洽演变，但能够做到这一点，在现实的（转向）几何的数值工具，现在才正在开发。在这里，一个5场简化的2流体等离子体模型的不稳定性和湍流的磁化等离子体的研究，建立在BOUT++框架。这个冷离子模型允许全球的配置文件，电场和运输时间尺度上的流量的演变，与通量驱动的跨场运输确定自洽的电磁湍流。在模型制定和数值实现的发展进行了描述，并在poloidally限制和转移托卡马克配置进行模拟。
2016-09-12 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of laser beat-wave magnetization of dense plasmas
具有接近环境等离子体频率的差频的两个激光器的相互作用产生可以共振地加速热电子的拍波。这些拍波可以用来驱动电子流，从而在等离子体中嵌入磁场[D. R. Welch等人，物理修订版信函109，225002（2012）]。在本文中，我们提出了二维粒子模拟的拍频波电流驱动过程中注入的激光，激光强度和等离子体密度之间的角度范围很广。我们讨论了这种技术的应用，致密等离子体的磁化，特别是由形成高β等离子体目标的问题，在一个对峙的方式磁惯性聚变的动机。利用微米级波长的激光将磁场嵌入$\sim 10^{18}$ -cm $^{-3}$ -密度等离子体的近期实验的可行性进行了评估。
2014-01-22 physics.plasm-ph
Kinetic simulation of magnetic field generation and collisionless shock formation in expanding laboratory plasmas
最近的激光等离子体实验观测和研究了与磁化天体物理等离子体有关的一些基本物理过程，包括磁重联、无碰撞冲击和由韦伯不稳定性产生的磁场，为实验室天体物理学开辟了新的实验平台。我们开发了一个完整的动力学模拟模型的第一原理模拟这些系统，包括磁场的动态-磁场产生的比尔曼电池效应或韦伯不稳定性;平流的离子流，霍尔效应，能斯特效应;和破坏的领域耗散机制。动力学模拟，最近的实验，和天体物理等离子体之间的缩放，描述系统的关键无量纲参数。首先，模拟比尔曼电池磁场产生等离子体从薄目标扩展。两个相邻羽流的烧蚀导致形成一个电流片作为相对的比尔曼产生的领域碰撞，模拟最近的激光驱动的磁重联实验。其次，我们模拟最近的实验无碰撞磁化冲击产生，通过扩大活塞等离子体到预磁化的环境等离子体。对于所考虑的参数，Biermann效应在弯曲的激波阵面中产生额外的磁场，从而增加激波粒子反射。这两种情况下，等离子体与磁场的相互作用中的动力学过程的重要性，并打开机会，基准这些重要的过程，通过比较的理论和实验。
2017-12-01 physics.plasm-ph
1D3V PIC simulation of propagation of relativistic electron beam in an inhomogeneous plasma
最近的实验观察已经显示出兆安培的电子电流通过对齐的碳纳米管阵列的有效传输[Phys.Rev Lenness. 108，235005（2012）]。随后，基于非均匀等离子体中的双折射不稳定性的抑制来解释该结果[Phys. Plasmas 21，012108（2014）]。这种不均匀性是由于碳纳米管的电离而形成的。本文对相对论电子束在非均匀背景等离子体中的传输进行了1D3V粒子模拟。抑制的平行不稳定性，负责光束发散，示出。模拟还证实，在非线性制度太的REB传播是更好的，当它传播通过等离子体的密度是不均匀的横向光束。研究了非均匀性尺度长度、幅度和横向束流温度等对激光器性能的影响，在抑制不稳定性的详细研究。
2015-05-02 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Continuum Simulation of Turbulence in Open-Field-Line Plasmas
托卡马克中边界等离子体的性质在决定聚变功率和等离子体元件寿命方面起着关键作用。准确的定量建模和提高定性的理解边界等离子体最终需要五维陀螺湍流模拟，这已经成功地预测湍流和运输的核心。边界等离子体模拟的额外挑战需要开发新的gyrokinetic代码或对现有核心gyrokinetic代码进行重大修改。在这篇论文中，我们开发了第一个能够模拟开放磁场线上等离子体湍流的回旋动力学连续体代码，这是托卡马克刮除层的一个关键特征。在这个问题上，我们使用一个能量守恒的不连续Galerkin离散空间中的尝试。为了模拟等离子体和壁之间的相互作用，我们设计了导电鞘边界条件，允许局部电流进出壁。首先，我们设计的空间一维动力学模型的并行SOL动态和解决这些系统使用新的连续算法。通过将这些算法推广到更高的维度，并添加一个碰撞模型，我们提出了两种类型的开放场线系统上的第一个gyrokinetic连续模拟湍流的结果。第一个模拟的特点是均匀和直的场线，如在一些线性等离子体设备中发现的。第二个模拟是一个假设的模型，我们开发的NSTX刮削层具有螺旋场线。这些发展包括一个重大的一步，对磁聚变装置的边界等离子体中的湍流和运输的定量预测的回旋动力学连续代码。
2017-08-24 physics.plasm-ph
Kinetic theory of particle-in-cell simulation plasma and the ensemble averaging technique
我们推导了静电等离子体物理和数值稳定的粒子模拟中的涨落动力学理论。出发点是在模拟开始时等离子体粒子相空间中的宏观粒子中心的加权密度的统计涨落之间的单次相关性。单时间的相关性在所有的时间步长，并在每个空间网格单元，然后确定从拉普拉斯-傅立叶变换的离散Klimontovich方程的宏观粒子和麦克斯韦方程的场计算由现代PIC代码。我们恢复表达式的静电场和等离子体粒子密度波动自相关谱以及动力学方程描述PIC模拟的等离子体粒子的平均演化，首先由兰登在1970年，使用宏粒子测试方法扰动离散的伏拉索夫等离子体，然后平均所获得的物理量在初始宏粒子速度分布。我们推广和扩展这些结果的现代算法在PIC码和使用任意的宏粒子权重。统计波动单次相关振幅的分析估计推导出作为等离子体模拟参数的函数，使用中心极限定理在每个细胞的大量的宏粒子的限制。然后，该理论被用来分析PIC模拟的合奏平均技术，其中统计平均进行PIC模拟合奏，建模相同的等离子体物理问题，但使用不同的统计实现的初始分布函数的宏观粒子。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Simulation of a collision-less planar electrostatic shock in a proton-electron plasma with a strong initial thermal pressure change
当激光脉冲烧蚀固体靶时，激光脉冲能量的局部沉积在等离子体中引入了高的热压力梯度。该激光加热的等离子体进入环境介质（电离的残余气体）的热膨胀触发无碰撞等离子体中的非线性结构的形成。在这里，一个电子质子等离子体建模与粒子在细胞（PIC）模拟再现等离子体膨胀的方面。在等离子体的热压力中引入跳跃，在该跳跃上，否则空间均匀的温度和密度以因子100变化。来自热等离子体的电子膨胀到冷等离子体中，并且电荷不平衡将冷电子束拖到热等离子体中。这种双层降低了电子温度梯度。与等离子体膨胀到真空中相比，低压等离子体的存在修改了质子动力学。热压力的突变发展成一次冲击。快速质子以束的形式从热等离子体运动到冷等离子体中，导致在电子和质子分布中形成相空间空穴。质子相空间空穴发展成使束热化的二次激波。
2009-11-26 physics.plasm-ph
Simulation of the dynamics of gas mixtures during plasma processing in the C75 Cavity
本研究通过 COMSOL 模拟 Ar/O2 等离子体在 C75 腔体内的点火、物种分布及表面相互作用，以理解并控制等离子体动力学，减少场致发射和二次电子倍增。
2023-06-19 physics.plasm-ph
Visco-elastic fluid simulations of coherent structures in strongly coupled dusty plasma medium
描述粘弹性流体行为的广义流体动力学（GHD）模型经常被用来探索强耦合尘埃等离子体介质在其结晶极限以下的行为。该模型成功地描述了实验观测到的强耦合尘埃等离子体介质的集体简正模。本文着重研究了该模型的非线性动力学特性。具体地说，相干涡补丁的演变正在研究在这个模型的框架内。与牛顿流体和分子动力学（MD）模拟治疗尘埃物种通过汤川势相互作用的比较也被提出。
2014-06-21 physics.plasm-ph
A self-consistent multi-component model of plasma turbulence and kinetic neutral dynamics for the simulation of the tokamak boundary
本文提出了一个模拟托卡马克边界多组分等离子体的自洽模型。考虑氘等离子体，其中等离子体物质包括电子、氘原子离子和氘分子离子，而氘原子和氘分子构成中性物质。等离子体和中性模型通过许多碰撞相互作用耦合，包括解离、电离、电荷交换和复合过程。推导了描述湍流等离子体动力学的三流体漂移约化的Braginskii方程，包括其边界条件。中性物质的动力学平流方程也被推导出来，并讨论了它们的数值实现。多组分等离子体模拟进行了使用GBS代码的第一个结果，然后提出和分析，与单组分等离子体模型得到的结果进行比较。
2021-10-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
