Flux driven pedestal formation in tokamaks: turbulence simulations validated against the isotope effect
在磁约束等离子体边缘的功率阈值以上的自发基座形成的磁通驱动的三维流体模拟的电磁湍流与代码EMEDGE3D建模的第一次。捕获和通过粒子之间的碰撞摩擦的作用被证明是剪切径向电场的关键成分，因此稳定的湍流，而不是麦克斯韦和雷诺应力。在EMEDGE 3D模拟中恢复了在全球许多托卡马克中观察到的同位素效应：氚的基座形成功率阈值低于氘。湍流自相关时间随离子质量的增加而增加，使径向电剪切稳定化，从而形成基座。
2019-12-20 physics.plasm-ph
Dynamical Alignment in Three Species Tokamak Edge Turbulence
本文对托卡马克边缘条件下的自洽三组分回旋流体湍流进行了三维计算。配置文件以及干扰的因变量如下，运行的动力系统的运输平衡。第三物种密度显示出显着的相关性与电子，无论初始条件和驱动机制。对于衰变系统，密度会朝着彼此演化。一个简单的二维漂移波模型的同伴测试表明，即使第三种是一个被动平流测试场，这种情况仍然存在。电子和痕量物质输运特性的相似性并不意味着电子本身具有测试粒子输运特性。
2005-02-07 physics.plasm-ph
Turbulence-Induced Safety Factor Profile Flattening at Rational Surfaces in Tokamaks with Low Magnetic Shear
该研究针对低磁剪切托卡马克近有理曲面情形，揭示离子尺度湍流电流通过形成带状磁势波纹和阶梯状安全因子剖面来抑制湍流输运，为ITB形成提供机制解释。
2024-12-02 physics.plasm-ph
Electrostatic gyrokinetic simulation of global tokamak boundary plasma and the generation of nonlinear intermittent turbulence
边界等离子体物理在托卡马克约束中起着重要的作用，但由于磁分界线和开放磁场几何中尺度不可分的非定域多物理，使得回旋动力学程序难以模拟。中性粒子也是边界等离子体物理的重要组成部分。本文报道了用惰性静电回旋技术模拟磁通驱动的低β静电边界等离子体。回旋运动离子和漂移运动电子的利用没有新古典和湍流动力学之间的尺度分离。结果表明，非线性间歇湍流是边界等离子体中磁分界面附近和刮削层中的一种自然回旋运动现象。
2017-01-25 physics.plasm-ph
Subcritical Turbulence in the Mega Ampere Spherical Tokamak
托卡马克等离子体的湍流传热是限制聚变堆性能的主要机制。湍流可以由离子温度梯度（ITG）驱动，并由环形剪切流抑制。试图理解湍流的数值模拟对于指导未来反应堆的设计至关重要。我们研究离子尺度湍流通过陀螺动力学模拟在兆安培球形托卡马克（MAST）的外核。我们在ITG和流动剪切的值中执行参数扫描。我们表明，非线性模拟再现实验离子热通量和ITG和流动剪切的实验值位于接近湍流阈值。我们证明了该系统是亚临界存在的流动剪切，即，该系统形式上是稳定的，但是在给定足够大的初始扰动的情况下，该系统过渡到湍流状态。我们提出了一个方案的过渡到湍流先前未报告的托卡马克等离子体：接近阈值，等离子体是由一个低数量的相干长寿命结构为主，作为系统被带离阈值到更不稳定的制度，这些结构的数量增加，直到他们填补域和更传统的湍流出现。我们对我们的模拟与MAST BES诊断的密度波动实验测量之间的相关性进行了比较。我们应用综合诊断我们的模拟数据，并找到合理的协议的相关性模拟和实验湍流，最显着的相关时间。我们表明，湍流的性质本质上是离子热通量的函数。我们发现，湍流接近阈值的流动剪切的强烈影响，而远离阈值，湍流类似于传统的ITG驱动的制度。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Drift Wave versus Interchange Turbulence in Tokamak Geometry: Linear versus Nonlinear Mode Structure
本文通过三维托卡马克通量管的计算，研究了一般E-cross-B漂移湍流中漂移波与交换物理的竞争。对于一组给定的背景尺度，参数空间可以覆盖的等离子体β和漂移波碰撞。在足够大的等离子体β湍流爆发成理想的气球模式和饱和，只有通过耗尽自由能的背景压力梯度。在高碰撞，它发现一个更渐进的过渡到电阻气球。在中等β和碰撞，它保留漂移波的字符，定性相同的简单的二维板模型。其根本原因是非线性涡度平流，通过这种非线性涡度平流，自持漂移波湍流取代了线性不稳定性，在线性不稳定性增长之前将它们分散开，从而将其自身的物理特性强加于动力学。这种涡度平流催化梯度驱动，而饱和仅通过压力扰动的湍流混合发生。这种情况持续在整个托卡马克边缘参数空间。本文讨论了简化的等温模型和完全的温离子模型。
2002-07-31 physics.plasm-ph
On the edge turbulence in a DTT-like tokamak plasma
本研究针对类DTT托卡马克等离子体边缘漂移湍流，通过三维静电流体模拟探究扩散系数、极向磁分量及径向边界条件对湍流谱、涡旋/带状流和各向异性特征的影响，为DTT等反应堆的湍流控制提供参考。
2025-04-15 physics.plasm-ph
Turbulence-Generated Stepped Safety Factor Profiles in Tokamaks with Low Magnetic Shear
本文通过回旋动理学模拟发现低磁剪切托卡马克中湍流产生电流可使安全因子剖面在有理面附近呈阶梯状，从而显著降低热输运，为触发内部输运垒和改善约束提供新机制。
2025-02-06 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulation of the effect of transient fueling on plasma turbulence in ADITYA-U tokamak
Indian Institute of Science Bangalore（印度科学研究所班加罗尔分院）；Institute for Plasma Research, Bhat（巴特等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Centre for Development of Advanced Computing（高级计算发展中心）；Department of Physics and Astronomy, University of California Irvine（加州大学尔湾分校物理与天文学系）
通过气体注入抑制ADITYA-U托卡马克中被困电子模湍流，提高核心温度和能量约束时间，作为主动控制微湍流的方法。
2026-02-23 physics.plasm-ph
Is Turbulence able to Generate Magnetic Islands in Tokamaks? Gyrokinetic Simulations of Turbulence-Driven Magnetic Islands in Toroidal Geometry
本研究利用环形几何中的陀螺动力学模拟，揭示微观不稳定性通过 E×B 流驱动重联并形成、合并磁岛的普适机制，且该机制不依赖微观不稳定性的宇称。
2025-09-29 physics.plasm-ph
Effect of resonance magnetic perturbation on edge-core turbulence spreading in a tokamak plasma
本研究利用环位形电磁朗道流体模型，探究共振磁扰动对托卡马克等离子体边缘-芯部湍流传播的影响，发现RMP激发的共振面剪切流可阻挡湍流向内传播、降低芯部湍流水平。
2023-07-25 physics.plasm-ph
High frequency non-gyrokinetic turbulence at tokamak edge parameter
本文首次通过6D-Vlasov模拟托卡马克边缘参数下的高频离子伯恩斯坦波湍流，发现其输运与回旋动理学湍流相当，表明回旋动理学近似的限制主要源于计算成本而非物理本质。
2023-10-24 physics.comp-ph physics.plasm-ph
On the Effects of Tokamak Plasma Edge Symmetries on Turbulence Relaxation
本文构建简化的3D Hasegawa-Wakatani模型研究托卡马克边缘湍流弛豫，发现X点对称性因背景与极向扰动共振改变湍流输运特性，且微扰法求解电势动力学不总可行。
2023-09-12 physics.plasm-ph
Transition to subcritical turbulence in a tokamak plasma
托卡马克湍流，驱动的离子温度梯度和发生在存在的流动剪切，研究通过本地，离子尺度，静电陀螺动力学模拟（与动力学离子和电子）的条件下，在兆安培球形托卡马克（MAST）的外芯。在离子温度梯度和流动剪切的局部值中进行参数扫描。它表明，实验观察到的状态附近的稳定性阈值，这个稳定性阈值是非线性的：剪切湍流是亚临界的，即该系统是正式稳定的小扰动，但是，给定一个足够大的初始扰动，它过渡到一个湍流状态。提出了一种实现这种转变的方案，并得到了数值结果的支持：在阈值附近，非线性饱和态和与之相关的反常热输运由长寿命相干结构主导，这些相干结构在整个区域漂移，具有有限的振幅，但不是体积填充的;当系统离开阈值进入更不稳定的状态时，这些结构的数量增加，直到它们重叠并且出现更常规的混沌状态。虽然这似乎代表了一种新的情况下过渡到湍流托卡马克等离子体，它是让人想起其他亚临界湍流系统的行为，例如管流和开普勒磁旋转吸积流。
2017-01-09 physics.plasm-ph
Modeling of convective cells, turbulence, and transport induced by a radio-frequency antenna in the tokamak boundary plasma
本研究用Hermes模型模拟托卡马克边界等离子体中射频天线鞘层偏置，揭示其对对流胞形成、密度剖面平坦化及湍流输运的影响，并推断杂质离子呈玻姆型扩散。
2025-09-09 physics.plasm-ph
Effects of magnetic drifts on ion transport in turbulent tokamak plasmas
在三维湍流模型中研究了当前托卡马克聚变实验条件下低能氘离子的随机平流。扩散系数的计算开始从测试粒子的轨迹的框架中的半分析统计模型称为解相关轨迹方法。我们表明，由速度场的空间相关性所决定的轨道捕获是导致反常扩散的主要原因，我们得到了对应于不同湍流模型参数值的输运机制和冻结湍流极限下的捕获条件。取决于模型的参数的值，湍流和磁漂移之间的相互作用导致增加（在极向方向上的运输增加到一个数量级）和减少的粒子运输。
2017-07-27 physics.plasm-ph
Isotope Effects on TEM-driven Turbulence and Zonal Flows in Helical and Tokamak Plasmas
National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Sciences（国立研究開発法人 国立統合物理学研究所 核融合科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies（総合研究大学院大学）；Faculty of Arts and Sciences, Komazawa University（駒澤大学 文学部・理学部）；Nagoya University（名古屋大学）
研究同位素质量对磁镜和托卡马克等离子体中TEM驱动湍流和区流的影响，发现同位素效应导致输运减少，与传统标度相反。
2026-02-26 physics.plasm-ph
On the 3D turbulence regime in a Tokamak plasma edge
推导了Tokamak边缘静电湍流的简化模型，证明3D湍流存在以2D稳态谱为自然吸引子的衰减分支，表明等离子体边缘自持非线性漂移响应的基本成分是非线性2D静电湍流。
2023-02-13 physics.plasm-ph
First-Principles Explanation of the Drift Configuration Dependence of the Radial Electric Field and High-Confinement Access in Tokamaks
Max-Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
通过第一性原理回旋动理学模拟，揭示了托卡马克中有利与不利漂移位形下高约束模式功率阈值差异的物理机制，即湍流驱动极向流通过非线性能量转移形成更深的径向电场势阱，从而降低有利位形下的阈值。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Intrinsic rotation in tokamaks: theory
导出了极向磁场$B_p$相对于总磁场$B$较小时托卡马克内禀转动的自洽方程。该模型给出了由于湍流、碰撞输运和能量注入引起的动量重分布。内禀旋转是由动量重分布与湍流扩散和对流之间的平衡决定的。两种不同的湍流制度被认为是：湍流的离子回旋半径，$ρ_i$的顺序的特征垂直长度，和湍流的极向回旋半径，$(B/B_p) ρ_i$的顺序的特征长度。回旋半径尺度湍流驱动的内旋主要是由于新经典修正和有限轨道宽度对湍流动量输运的影响，而极向回旋半径尺度湍流驱动的内旋则是由于湍流特征在径向和极向方向的缓慢变化以及湍流粒子的加速度与新经典效应和有限轨道宽度效应同等重要。结果表明，磁漂移是湍流特性缓慢变化和湍流粒子加速所驱动的内禀旋转所不可缺少的。的方程被写在一个磁通管代码的实施形式，有利于和湍流的径向变化的影响包括在一个新的方式，不需要一个全球gyrokinetic形式主义。
2015-03-06 physics.plasm-ph
Anomalous convective transport of the tokamak edge plasma, caused by the inhomogeneous ion cyclotron parametric turbulence
本文研究了极向剪切下基座等离子体中空间非均匀静电离子回旋参数微湍流驱动的对流中尺度流动的动力学和流体力学理论。发展的动力学理论预测剪切极向对流的产生，和径向压缩流与径向流速梯度。发达的流体动力学理论的对流揭示了径向压缩对流的密度梯度随时间呈指数增长的陡峭的基座密度分布的形成中的主导因素。这种梯度密度的增长受到基座等离子体向刮除层的径向振荡离子流出的限制。
2022-06-07 physics.plasm-ph
Effects of turbulence spreading and symmetry breaking on edge shear flow during sawtooth cycles in J-TEXT tokamak
该研究在J-TEXT托卡马克中利用静电探针观测锯齿崩塌，揭示芯部湍流扩展及波数谱对称性破缺如何增强雷诺应力并先于温升驱动边缘剪切流。
2025-07-21 physics.plasm-ph
Zonal Flow Excitation in Electron-Scale Tokamak Turbulence
非均匀托卡马克等离子体中的中尺度回旋运动电子理论的推导[Chen H。等人2021 Nucl. Fusion 61 066017]已经示出，纳维尔-斯托克斯型非线性耦合电子温度梯度（ETG）模式和带状流（ZF）模式，其波长比离子回旋半径短得多，但比电子回旋半径长得多。这种中等规模的ETG-ZF耦合通常比流体近似的长谷川-三马型非线性特征更强，并且预计会导致相关的带状流生成和ETG模式调节。本文给出了电子尺度、连续介质、陀螺运动的模拟结果，包括单模ETG和全谱ETG湍流。研究了由ETG单模态引起的纬向流的产生，发现单模态的中尺度结果与理论相符。全谱的结果，然后提出和解释定性的单模结果。结果发现，ETG驱动的纬向流调节中尺度电子热通量传输的水平在预测的范围内。
2023-01-03 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Inhomogeneity of Electron-Temperature-Gradient Turbulence in the Edge of Tokamak Plasmas
非线性多尺度陀螺动力学模拟的联合欧洲环面边缘基座显示，电子温度梯度（ETG）湍流具有丰富的三维结构，根据当地的磁场配置强烈变化。在垂直于磁场的平面中，陡峭的基座电子温度梯度引起具有比副法线方向短得多的径向（法线）波长的各向异性湍流。在平行方向上，湍流的位置和平行程度取决于磁漂移和有限拉莫尔半径（FLR）效应的变化。的磁漂移和FLR拓扑结构有一个很好的波长依赖性，这使得附近的磁通表面的顶部和底部在较长的副法线尺度的湍流强度最大值，但在较短的电子gyroradius副法线尺度约束湍流的外侧中平面。我们的模拟表明，长波长ETG湍流不能有效地传输热量，并显着降低整体ETG传输-在我们的情况下，通过多尺度相互作用，由$\sim$ 40 \%。
2022-07-02 physics.plasm-ph
Turbulent transport regimes in the tokamak boundary and operational limits
双流体，三维，通量驱动，全球，电磁湍流模拟进行了使用GBS代码，以确定控制在托卡马克边界的湍流输运的主要参数，并划定边缘湍流的电磁相空间。确定了四种湍流输运机制：（i）在碰撞度和$β$的中间值处出现的充分发展的湍流的区域，其中湍流由电阻气球模式驱动，与托卡马克的L模式操作有关，（ii）在低碰撞度和大热源处的减少的湍流输运的区域，其中湍流由漂移波驱动，与高密度H模式区域有关，（iii）在高碰撞性下的极大湍流输运的区域，其与密度极限的交叉相关联，以及（iv）在高$β$下的理想气球极限以上的区域，具有影响整个受限区域的动力学的全局模式，其可以与$β$极限的交叉相关联。从减少到发达的湍流输运制度的过渡与H-模式的密度限制和分析的比例律可实现的最大边缘密度在H-模式。类似地，分析缩放律的交叉的L-模式密度和$β$限制提供和GBS模拟的结果进行比较。
2022-05-09 physics.plasm-ph
Impurity-driven turbulence opens a pathway to ELM-free operation and enhanced pedestal stability in tokamaks
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；General Atomics（通用原子公司）；UCLA（加州大学洛杉矶分校）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
通过低Z杂质注入诱导的湍流调控台基输运和稳定性，实现了托卡马克中长周期无边缘局域模（ELM）运行，并揭示了剥裂-气球模稳定性边界的解耦与超高性能约束通道。
2026-06-01 physics.plasm-ph
Natural Fueling of a Tokamak Fusion Reactor
讨论了托卡马克聚变堆维持主堆芯氘氚密度分布的自然加料机制。在由离子温度梯度（ITG）驱动的湍流主导的H模式等离子体中，边缘附近的冷DT离子将自然地朝向核心径向向内箍缩。这种机制是由于准中性热通量主导的ITG湍流的性质，仍然适用时，被困和通过动力学电子效应。使用浅弹丸喷射或超音速气体射流的燃料加注通过向内收缩的DT燃料来增强。使用三维环形电磁回旋湍流代码GEM演示了自然加油机制，并使用准线性理论进行了分析。配置文件类似于保守的ITER运输模型，有一个完全平坦的密度配置文件进行检查，它被发现，天然燃料实际上降低了线性增长率和能量传输。
2009-12-17 physics.plasm-ph
T3ST code: Turbulent Transport in Tokamaks via Stochastic Trajectories
本研究提出T3ST程序，采用与回旋动力学互补的统计方法，通过带湍流和库仑碰撞考量的测试粒子法及合成随机场表征，以拉格朗日相关量计算托卡马克湍流输运系数，速度远快于传统回旋动力学程序。
2025-03-24 physics.plasm-ph
Symmetries of the Electromagnetic Turbulence in a Tokamak Edge
本文构建托卡马克边界等离子体湍流的低频简化模型，证明可由单一电势方程描述，并揭示二维湍流对非轴对称涨落具有吸引性的特定傅里叶分支及其两种物理状态。
2024-07-01 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Excitation of Zonal Flow by Intermediate-Scale Toroidal Electron Temperature Gradient Turbulence
研究表明，托卡马克等离子体中的中等尺度环形电子温度梯度（ETG）湍流可以优先激发纬向流。以前的理论研究得出了相反的结论，假设ETG模式的流体近似。在这里，我们进行了陀螺动力学分析，最终产生一个非线性薛定谔方程的ETG动力学与Navier-Stokes型非线性。对于典型的托卡马克参数，发现带状流的产生对中等尺度ETG湍流起着重要的作用。这一发现为最近的多尺度陀螺动力学模拟提供了解释。
2020-11-16 physics.plasm-ph
Non-linear neoclassical model for poloidal asymmetries in tokamak pedestals: diamagnetic and radial effects included
在过去的十年里，在世界各地的几个托卡马克中测量到了比最全面的新古典模型预测的更强的杂质密度的极向不对称性，这使得人们对H模式托卡马克中剪切径向电场减少湍流产生了疑问。然而，这些开创性的理论忽略了杂质的抗磁漂移，或未能保持其自洽性;而最近的测量表明，它可以与ExB漂移具有相同的量级。我们已经开发了第一个自洽的理论模型保留杂质抗磁流和二维功能，它意味着由于其相关的不可忽略的径向流发散。它成功地解释了碰撞的实验杂质密度，温度和径向电场进出的不对称性，从而使它们与H-模式基座湍流减少一致。
2020-06-22 physics.plasm-ph
Simple advecting structures and the edge of chaos in subcritical tokamak plasmas
在托卡马克等离子体中，垂直于驱动温度梯度的剪切流可以强烈地稳定线性模。虽然系统是线性稳定的，但可能会发展出具有持续非线性湍流的区域，即系统是亚临界的。具有小但有限振幅的扰动可能足以将等离子体推入非线性效应占主导地位的状态，从而允许持续的湍流。触发非线性不稳定性的最小阈值为评估托卡马克是否可能停留在静止（层流）状态提供了一个标准。在临界振幅处，轨迹将绘制出混沌的边缘，而不是过渡到湍流状态或衰减到层流状态。令人惊讶的是，一个准行波解被发现作为一个吸引子在这个边缘流形。这个简单的平流解决方案是定性相似，但更简单，雪崩般的爆发在早期的湍流模拟，并提供了一个洞察湍流是如何持续在亚临界等离子体系统。对于较大的剪切率，系统只是对流不稳定，在局部初始扰动下，系统最终会在固定的空间位置恢复到层流状态。
2018-11-12 physics.plasm-ph
On the interplay between plasma triangularity and micro-tearing turbulence
本文通过线性与非线性 GENE 通量管模拟，比较多类托卡马克和 EU-DEMO，阐明负三角形变更易激发 MTM 湍流，并指出降低球形托卡马克磁剪切可抑制其输运。
2025-07-27 physics.plasm-ph
The GBS code for the self-consistent simulation of plasma turbulence and kinetic neutral dynamics in the tokamak boundary
新版本的GBS（Ricci等人，Plasma Phys. Control. Fusion 54，124047，2012; Halpern等人，J. Comput. 315，388-408，2016; Paruta等人Phys. Plasmas 25，112301，2018）。GBS是一个三维、通量驱动、全局、双流体湍流程序，用于托卡马克边界等离子体湍流和动力学中性动力学的自洽模拟。在这里提出的新版本中，模拟域被扩展到包括整个等离子体体积，避免了与核心的人工边界，因此保留了核心-边缘-SOL的相互作用。一个新的环形坐标系的引入，以增加代码的灵活性，允许模拟任意的磁配置（如单零，双零和雪花配置），这也可以是一个实验放电的平衡重建的结果。提出了一种新的迭代求解泊松和安培方程的实现，导致显着的速度加快的代码相对于使用直接求解器，因此允许有效的电磁模拟，避免使用的Boussinesq近似。自洽的动力学中性模型，最初开发的有限的配置，移植到磁配置考虑目前版本的GBS和仔细优化。一个新的MPI并行化实现并行进化的等离子体和中性模型，从而提高代码的可扩展性。等离子体和中性模型的数值实现是通过制造解决方案的方法进行验证。作为GBS新版本的模拟能力的一个例子，TCV托卡马克放电的模拟。
2021-12-07 physics.plasm-ph
Magnetic Fluctuations in Gyrokinetic Simulations of Tokamak Scrape-Off Layer Turbulence
理解托卡马克边缘和刮削层（SOL）中的湍流输运物理是研制成功聚变堆的关键。在这些区域中的动态起着关键作用，在实现高融合性能，通过确定边缘基座，抑制H模式中的湍流。此外，反应堆的存活率由容器壁的热负荷决定，因此了解热量沿SOL中的开放磁场线流动时的湍流扩散非常重要。大幅波动、磁X点几何形状以及等离子体与材料壁的相互作用使得模拟边缘/SOL中的湍流比核心区域更具挑战性，需要专门的陀螺动力学代码。此外，包括在陀螺运动模拟，可以处理边界等离子体的独特挑战的电磁效应是至关重要的理解的现象，如基座和ELMs，电磁动力学预计是重要的。在这篇论文中，我们开发了第一个能力来模拟开放磁场线上的电磁回旋湍流。这是一个重要的一步，全面的电磁陀螺运动模拟的耦合边缘/SOL系统。通过使用一个连续的全f的方法，通过一个节能的不连续Galerkin（DG）离散方案，避免了安培抵消问题，我们表明，电磁波动可以处理在一个强大的，稳定的，和有效的方式在Gkeyll代码的gyrokinetic模块。然后，我们提出的结果，大致模拟刮落层的国家球形环面实验（NSTX），并表明电磁效应可以影响斑点的动力学和运输。我们还制定了gyrokinetic系统在现场对齐的坐标建模现实的边缘和刮落层的几何形状在实验中。
2021-03-30 physics.plasm-ph
Broadening of the Divertor Heat Flux Profile in High Confinement Tokamak Fusion Plasmas with Edge Pedestals Limited by Turbulence in DIII-D
针对未来托卡马克排热层过窄问题，本研究在DIII-D高约束低碰撞率台基中通过增强边缘湍流使热通量宽度与偏滤器扩散展宽近乎加倍，并由XGC模拟和探针测量证实。
2024-08-05 physics.plasm-ph
GX: a GPU-native gyrokinetic turbulence code for tokamak and stellarator design
GX是一个针对聚变反应堆设计优化的快速GPU原生回旋动理学湍流求解代码，采用全相空间伪谱离散化与径向局部通量管方法，可在数分钟内完成托卡马克和仿星器的湍流模拟。
2024-04-29 physics.plasm-ph
Effect of triangularity on plasma turbulence and the SOL-width scaling in L-mode diverted tokamak configurations
本文通过三维双流体模拟发现负三角形变通过减弱磁曲率驱动而稳定边界湍流，并将L模刮削层压强衰减长度定标律扩展至包含三角形变效应，经模拟与多装置实验验证，为更大装置外推提供依据。
2023-04-25 physics.plasm-ph
Evidence of Levy stable process in tokamak edge turbulence
为了理解托卡马克中粒子和热量湍流输运的基本物理过程，本文用分布函数方法分析了ADITYA托卡马克擦除层等离子体中的浮位涨落的自相似性。据观察，n个数据点的总和的分布函数收敛于尺度指数的Levy分布，对于n < 40，α =1.111，对于较大的n，α =2.0。在这两个尺度范围内，边缘波动是自相似的。这一观点得到了几个支持证据的支持。结果表明，小尺度涨落主要以对流方式输送物质和热量，而大尺度涨落则以扩散方式输送物质和热量。
2001-10-17 physics.data-an physics.plasm-ph
Transport Bifurcation in a Rotating Tokamak Plasma
在磁剪切为零的实验极限下，数值研究了托卡马克中流动剪切对湍流输运的影响。结果发现，等离子体是线性稳定的所有非零的流动剪切值，但亚临界湍流可以维持在很宽的温度梯度范围内的非线性。流动剪切增加了湍流的非线性温度梯度阈值，但也增加了热通量对温度梯度变化的敏感性，除了在阈值附近的小范围内敏感性降低。在平衡梯度的分叉被发现：对于一个给定的输入的热量，它是可能的，通过改变所施加的扭矩，触发过渡到显着更高的温度和流量梯度。
2010-11-16 physics.plasm-ph
Turbulent transport of alpha particles in tokamak plasmas
本文研究了聚变产生的α粒子在托卡马克等离子体中的ExB扩散。我们确定一个现实的模型，具有离子温度梯度（ITG）或捕获的电子模式（TEM）驱动的湍流的特性的运输制度。它包括使用数值模拟的结果建模的电位波动的频谱，有效的抗磁速度和平行运动的电位的漂移。我们的半分析统计方法是基于去相关轨迹法（DTM），这是适应于gyrokinetic近似。我们得到了输运系数随湍流参数和α粒子能量的变化。根据我们的计算结果，α粒子的湍流输运只有在能量为100KeV时才能出现。我们确定相应的条件。
2016-03-28 physics.plasm-ph
Electromagnetic turbulence simulation of tokamak edge plasma dynamics and divertor heat load during thermal quench
本研究利用BOUT++六场电磁湍流模型模拟托卡马克热猝灭阶段的边缘等离子体行为，发现偏滤器热负荷与热流宽度的剧烈变化由$E\times B$湍流对流和随机平行输运两种机制共同驱动，结果与实验定性吻合。
2023-06-16 physics.plasm-ph
Intrinsic current drive by electromagnetic electron drift wave turbulence in tokamak pedestal region
研究了考虑电磁效应的电子漂移波湍流驱动的局域本征平行电流密度。由剩余湍流通量和湍流源驱动的本征电流密度与自举电流密度之比随电子密度和温度的变化分别为$T_e^{3/4}T_i/n_e$和$T_eT_i/n_e$。基于DIII-D基座区的典型参数，由剩余湍流通量和湍流源共同驱动的局部本征电流密度可以忽略。然而，尽管可以忽略的湍流源驱动的电流，剩余的湍流通量驱动的局部本征电流密度的EM DW湍流可以达到约66%的自举电流密度的ITER基座参数，由于在ITER比DIII-D低得多的碰撞。分析了等离子体对电磁涨落响应中绝热ES部分、非绝热ES部分和非绝热EM部分的贡献。结果表明，在ITER基座情况下，非绝热ES响应与非绝热EM响应之间存在很强的抵消作用，平行电子压的绝热ES响应贡献的动应力主导了本征电流驱动.这与ES电子DW情况不同。因此，在未来的高电子压磁压比和陡压力分布的反应堆中，应仔细考虑电磁场对湍流驱动本征电流密度的影响。
2020-06-27 physics.plasm-ph
Transport Bifurcation Induced by Sheared Toroidal Flow in Tokamak Plasmas
采用第一性原理数值模拟方法研究了差动旋转托卡马克等离子体中的输运分岔现象。这种分叉在零磁剪切区比在有限磁剪切区更可能发生，因为在前一种情况下，垂直于磁场的剪切环向流分量对湍流有最强的抑制作用。在零磁剪切区，在任何有限的流动剪切值下都没有线性本征模增长。然而，亚临界湍流可以持续，由于由离子温度梯度（ITG）和平行速度梯度（PVG）驱动的模式的瞬态增长。尽管如此，在包含宽范围的温度梯度和速度剪切的参数空间中，存在抑制所有湍流的相当大的窗口。结合碰撞（新古典）机制相对较低的动量传输，这产生了从低温到高温和速度梯度的分叉的条件。这个分叉的路径是用大量的模拟插值绘制出来的。数值模拟也被用来构建一个参数模型，该模型准确地描述了温度梯度和流量梯度在很宽的范围内的值的组合效果。使用这个参数模型，它表明，在这个减少运输状态，热量几乎是新古典运输，而动量运输是由亚临界PVG湍流为主。它进一步表明，对于任何给定的输入扭矩，有一个最佳的输入热量的温度梯度最大化。参数模型既描述了亚临界湍流的行为，又描述了流动剪切对输运刚度的复杂影响。它可能被证明是有用的托卡马克与剪切流输运建模。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Ray-tracing Analysis for Cross-polarization Scattering Diagnostic on MAST-Upgrade Spherical Tokamak
本文利用修改后的GENRAY三维射线追踪代码分析MAST-U的DBS/CPS诊断，模拟光束传播并依据波矢匹配评估CPS在L模、H模等离子体中可探测的磁湍流波数范围。
2021-05-20 physics.plasm-ph
Impurity and Trace Tritium Transport in Tokamak Edge Turbulence
本文研究了在漂移阿尔文边缘湍流中杂质或少数组分（如氚）的湍流输运。垂直和平行对流的全部效果保留的杂质物种。杂质密度形成具有陡峭梯度的粒状结构，并且由于流动的可压缩性而局部超过其初始值。近似分解的杂质通量到扩散部分和有效的对流部分（其特征在于由箍缩速度）进行和净向内箍缩效应被恢复。捏点速度的湍流均分方面的解释，并发现poloidally变化。结果表明，杂质输运模型需要是二维的，除了考虑径向方向，还考虑输运系数的强极向变化。
2004-03-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Transitions to improved confinement regimes induced by changes in heating in zero-dimensional models for tokamak plasmas
结果表明，快速的实质性变化的加热速率可以诱导过渡到改善的能量约束制度在零维模型托卡马克等离子体现象。本文首次研究了E-J.Kim和P. H. Diamond模型中加热速率阶跃变化的影响。90，185006（2003）和M. A. Malkov和P. H. Diamond，Phys.Plasmas 16，012504（2009），其非线性地耦合演化的温度梯度、微湍流和中尺度流;以及在H.Zhu，S. C. Chapman和R. O. Dendy，Phys.Plasmas 20，042302（2013）的扩展中，其耦合到第二中尺度流分量。温度梯度上升，正如通过与融合上下文类比定义的约束时间一样，而微湍流被抑制。该结果对加热上升时间的变化和对引入额外变量到模型中具有鲁棒性。它还表明，振荡的加热速率的变化可以驱动微湍流的水平，通过一个周期加倍的路径混沌，其中的加热速率的振荡分量的幅度是控制参数。
2014-06-18 physics.plasm-ph
Microtearing turbulence saturation via electron temperature flattening at low-order rational surfaces
本研究针对高β托卡马克中的微撕裂湍流输运问题，发现低阶有理面处电子温度梯度展平决定饱和通量水平，且该过程依赖系统尺寸，会产生差于gyro-Bohm的输运标度。
2023-05-18 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
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
Zero-Turbulence Manifold in a Toroidal Plasma
在托卡马克等离子体中，剪切环向流会导致零湍流输运态的分叉。可以达到的最大温度梯度受到平行速度梯度驱动的亚临界湍流的限制。结果表明，q/ε（磁场节距/反纵横比）是剪切托卡马克湍流的关键控制参数。通过降低q/ε，可以在不触发湍流的情况下实现更高的温度梯度，在某些情况下，与在传输势垒中实验发现的温度梯度相当。在零磁剪切极限下，在参数空间（γ_E，q/ε，R/L_T）上映射出零湍流流形，其中γ_E为垂直流剪切，R/L_T为归一化逆温度梯度尺度。在何种程度上，它可以从线性理论构建进行了讨论。
2012-03-29 physics.plasm-ph
Development of a New Gas Puff Imaging Diagnostic on the HL-2A Tokamak
在HL-2A装置上发展了一种新的喷气成像（GPI）诊断装置，用于研究极向平面和径向平面上的二维等离子体边缘湍流。在放电过程中，中性氦气或氘气通过矩形多毛细管喷嘴在等离子体边缘喷出，在观察平面上产生气体云。然后用一个特别设计的望远镜和一个高速照相机来观察和拍摄中性气体云的发射。二维极向和径向坐标系中的亮度和对比度揭示了湍流的结构和运动。在最近的活动中，诊断被投入到第一次实验中，并成功地捕获了刮除层（SOL）中不同形状和大小的斑点结构。
2018-01-30 physics.plasm-ph
Multiscale Gyrokinetics for Rotating Tokamak Plasmas: Fluctuations, Transport and Energy Flows
本文提出了一个完整的托卡马克等离子体湍流和输运的理论框架。等离子体湍流中存在的基本尺度分离被编码为回转半径与平衡尺度长度之比的渐近展开。在此展开中逐阶进行，开发了等离子体湍流的框架。它包括一个瞬时的平衡，在平衡量的梯度驱动的波动，和这些量的平均配置文件的波动驱动的运输时间尺度的演变。平衡分布函数是局部麦克斯韦函数，每个通量面作为一个刚体作环形旋转。由旋转等离子体的Grad-Shafranov方程得到磁平衡，由安全因子q的演化方程给出磁场的慢（电阻）演化。新古典理论给出了分布函数与麦克斯韦分布函数的大尺度偏差。的波动是由高流量的回旋方程，从中我们推导出的控制原则，在托卡马克回旋湍流：守恒和本地级联的自由能。导出了平均密度、温度和流速分布演化的输运方程。这些输运方程显示了新古典修正和涨落是如何通过通量和加热作用于平均廓线的。导出了平均轮廓的能量和熵守恒定律。总能量守恒，没有净湍流加热。熵是由通量平坦梯度、欧姆加热和平均温度平衡的作用产生的。最后，在低马赫数极限下，将这个框架压缩成一组适于数值实现的简明方程。
2013-12-02 physics.plasm-ph
Numerics and computation in gyrokinetic simulations of electromagnetic turbulence with global particle-in-cell codes
本文用全球回旋动力学粒子格子程序ORB 5研究了托卡马克和仿星器等离子体中的电磁湍流。Lanti等人，Comp. Phys. Comm，第251卷，107072（2020）]和EUTERPE [V. Kornilov等人，Phys. Plasmas，第11卷，3196（2004）]。大纵横比托卡马克，缩小规模的ITER，和Wendelstein 7-X几何被认为是。主要目标是增加等离子体β，机器尺寸，离子与电子质量比，以及在这样的模拟中包括逼真的几何特征。研究了在部署大规模GPU的计算机系统上的相关数值要求和计算成本。这些都是必要的步骤，使电磁湍流模拟在未来的反应堆等离子体。
2021-05-04 physics.plasm-ph
