TEM turbulence optimisation in stellarators
随着新古典优化仿星器的出现，优化仿星器的湍流传输是一个重要的下一步。通过对磁场进行整形，可以减小离子温度梯度驱动的湍流，本文主要研究了对电子俘获模（TEM）湍流的减小。最近的分析和数值研究结果表明，TEM是稳定的大部分被困粒子经历有利的反弹平均曲率。例如，Wendelstein 7-X [C. D. Beidler $\textit{et al}$ Fusion Technology $\bf{17}$，148（1990）]和其他Helias型仿星器。利用这一知识，设计了一个代理函数来估计TEM动力学，允许用STELLOPT [D. A. Spong $\textit{et al}$ Nucl. Fusion $\bf{41}$，711（2001）]代码确定TEM稳定性的最佳配置，而无需大量的湍流模拟。第一个原理证明优化平衡源于TEM主导的仿星器实验HSX [F.S.B. Anderson $\textit{et al}$，Fusion Technol. $\bf{27}$，273（1995）]，其中在宽范围的操作参数空间上实现了线性增长率的降低。作为这个属性的一个重要后果，湍流热通量水平相比于初始配置降低。
2015-09-15 physics.plasm-ph
Suppression of turbulence by trapped electrons in optimised stellarators
在聚变装置中，约束磁场的几何形状对驱动湍流热损失的不稳定性具有显著影响。仿星器尤其如此，如果满足特定的优化标准，“捕获电子模式”（TEM）就会稳定下来，就像Wendelstein 7-X实验（W7-X）一样。在这里，我们发现，通过数值模拟，W7-X确实具有低TEM驱动的运输，也受益于稳定的离子温度梯度模式，在有限的密度梯度增强约束制度的存在给予理论支持。
2020-02-24 physics.plasm-ph
Near-axis description of stellarator-symmetric quasi-isodynamic stellarators to second order
本文针对准等动力仿星器近轴描述不完善的问题，建立了二阶展开的理论与数值框架，重点处理半螺旋场的连续性、光滑性和周期性，并通过构造示例定量验证，为QI仿星器系统探索与优化奠定基础。
2024-09-30 physics.plasm-ph
Reduction or enhancement of stellarator turbulence by impurities
本文通过非线性多物种回旋动力学模拟比较 W7-X、LHD 与 ITER，发现杂质可依密度梯度符号增强或抑制离子热湍流，并存在使热扩散率最小的最佳浓度。
2024-09-06 physics.plasm-ph
Perturbing an axisymmetric magnetic equilibrium to obtain a quasi-axisymmetric stellarator
它表明，有限的压力，近似准轴对称仿星器平衡可以直接构造（没有数值优化）通过扰动给定的轴对称平衡。这种扰动的大小以两种方式测量，通过分数外旋，以及可选地，通过相对磁场强度，即扰动磁场的平均大小除以未扰动的磁场强度。据发现，显着的分数外部旋转变换可以产生准轴对称扰动，具有类似的相对场强值，尽管事实上，前者的规模更弱的扰动大小。高模式数扰动被确定为候选生成这样的变换与本地电流分布。最佳仿星器平衡的一般非微扰求解器的发展的影响进行了讨论。
2020-08-20 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of ITG turbulence in the configuration space of the Wendelstein 7-X stellarator
本研究针对Wendelstein 7-X仿星器不同磁位形的湍流输运问题，采用GENE-3D代码开展全局回旋动理学模拟，对比三种位形的ITG湍流输运特性，并验证了全局非线性模拟在定量预测湍流通量方面的必要性。
2020-05-04 physics.plasm-ph
Solving the problem of overdetermination of quasisymmetric equilbrium solutions by near-axis expansions. II. Circular axis stellarators
我们将近轴展开法应用于具有各向异性压力的准对称磁场（在配套论文第I部分[E.罗德里格斯，阿。Bhattacharjee，arXiv：2008.04715（2020）]）来构造圆轴仿星器的数值解。该解在距离轴的距离上是二阶的，这在标准Garren-Boozer构造中是不可能的[D. A. Garren和A. H. Boozer，Physics of Fluids B：等离子体物理，2822（1991）]，其假设具有各向同性压力的静磁平衡。在零各向异性的限制，它表明，可以选择一个子集的系数，以避免超定问题。
2020-08-28 physics.plasm-ph
Optimization of Nonlinear Turbulence in Stellarators
本文提出在优化循环中耦合GX与DESC代码，利用非线性回旋动理学模拟和SPSA方法直接优化仿星器平衡位形以降低湍流热通量，并验证其对宏观输运的改善。
2024-02-23 physics.plasm-ph
Global fluid turbulence simulations in the SOL of a stellarator island divertor
在解析仿星器岛状偏滤器的边缘和SOL中进行了等温流体湍流模拟，发现稳态输运由曲率驱动且存在显著m=2,n=5模式，揭示了密度波动特征及分离面与SOL外部的强相关性。
2024-03-27 physics.plasm-ph
Low-dimensional geometry learning for turbulence prediction in optimized stellarators
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Zhejiang University（浙江大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文通过低维几何学习方法，利用深度学习发现稳态器设计在低维潜在空间中的分布，从而优化湍流传输、等离子体不稳定性及MHD模态。
2026-03-18 physics.plasm-ph
MHD stability and the effects of shaping: a near-axis view for tokamaks and quasisymmetric stellarators
本文基于近轴描述研究环形磁场构型的MHD稳定性，发现正三角性可稳定托卡马克，但在准对称仿星器中正豆形截面并不提升稳定性，且有限$β$在无磁剪切时仍能改善稳定性。
2023-02-07 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
The On-Axis Magnetic Well and Mercier's Criterion for Arbitrary Stellarator Geometries
导出了任意三维磁场几何条件下轴上磁阱的简化解析形式和Mercier交换不稳定性判据。为此，使用基于直接坐标方法的近轴展开，通过将环形磁通量表示为到磁轴的径向距离的幂。第一次，磁阱和Mercier的标准，然后写为一个关于轴弧长的一维积分。与Mercier的原始工作相比，这里的推导使用现代符号，并以更精简的方式突出了基本步骤。最后，这些表达式进行了验证数值使用几个准对称和非准对称仿星器配置，包括Wendelstein 7-X。
2021-04-07 physics.plasm-ph
Direct construction of optimized stellarator shapes. III. Omnigenity near the magnetic axis
研究了泛在性条件，并将其应用于Garren和Boozer（1991 a）的近轴展开。部分由于特定的解析近轴膨胀的要求，我们发现，排除准对称的解决方案，只有一种类型的全能性，即准等动力，可以满足在一阶的距离从磁轴。我们的构造提供了这种解的空间的参数化，Landreman和Sengupta（2018）的柱面重构和数值方法; Landreman等人。
2019-09-19 physics.plasm-ph
Prevention of core particle depletion in stellarators by turbulence
针对大型仿星器核心新经典输运理论预测与实验密度分布不符的问题，研究发现湍流对粒子通量的贡献可解释该差异，表明相关理论数值工具趋于成熟，支撑装置与反应堆运行方案设计。
2023-11-08 physics.plasm-ph
Validation of GBS plasma turbulence simulation of the TJ-K stellarator
本文用 GBS 三维双流体代码验证 TJ-K 仿星器等离子体湍流，确认其能再现低极向模主导输运等特性，并评估不同通量面及剖面的吻合程度。
2023-04-03 physics.plasm-ph
Nonlinear MHD simulations of external kinks in quasi-axisymmetric stellarators using an axisymmetric external rotational transform approximation
采用简化的磁流体动力学（MHD）方程，研究了具有不同外旋转变换比例的准轴对称（QA）仿星器外扭结的非线性动力学。与高β等离子体相关联的大自举电流可能使QA配置易受低n外部模式的影响，从而限制其操作空间。非线性动力学的暴力，特别是当这些模式导致破坏时，还没有被理解。本文模拟了边缘安全因子小于2的不稳定QA位形中外部扭结的非线性相。在非线性MHD代码JOREK中构建了该仿星器的轴对称近似，捕获外部旋转变换的影响。使用这种近似所考虑的仿星器进行验证，通过比较线性动力学对线性粘阻MHD代码，CASTOR3D。这个仿星器近似的非线性动力学与等效托卡马克比较，了解一个相对较小的外部旋转变换的影响。虽然外部旋转变换确实对MHD活动有稳定的影响，但它仍然很剧烈。为了探索一个较大的外部旋转变换的一阶影响，这个平衡参数被人为地增加所考虑的仿星器，减少有效的等离子体电流。量化了扭折不稳定性的剧烈程度，并表明扭折不稳定性随着外旋转变换的增加而减小。同时，外部扭结触发内部模式，加剧了非线性阶段期间的限制损失，使得其在大部分参数空间上保持较大。只有在外部旋转变换的显著部分下，这些随后的模式才稳定。
2021-05-02 physics.plasm-ph
Non-planar elasticae as optimal curves for the magnetic axis of stellarators
研究了仿星器目标磁轴的最佳曲线问题。本文导出了有限长三维曲线的欧拉-拉格朗日方程，该曲线在弯曲能极值时产生固定的积分扭转。利用明显的平移和旋转对称性，在一个优选的圆柱坐标系中的椭圆雅可比函数的条款表示的解决方案。这些解曲线，其中，直到相似变换，取决于三个无量纲参数，不一定关闭。两个封闭条件得到的垂直和环向位移（径向坐标是平凡周期），以产生一个可数无限集的单参数家庭的封闭非平面曲线。根据\Calugareanu定理，研究了积分挠率（Frenet标架的挠率）、Frenet标架的连接和解曲线的挠率的性质。对仿星器磁场-线轴向旋转变换的Mercier公式提出了新的解释。
2018-09-07 physics.plasm-ph
Magnetic well and Mercier stability of stellarators near the magnetic axis
我们最近已经证明，通过扩大在小的距离从磁轴相比，大半径，仿星器的形状与低新古典运输可以有效地产生。为了扩展这种新的设计方法的实用性，在这里，我们评估的磁流体动力学互换稳定性的措施，在相同的扩展。特别是，我们评估磁井，Mercier的标准，和电阻互换稳定性附近的任意形状的磁轴。与以前的工作交换稳定性的磁轴附近，其中使用的磁通量坐标的扩展，在这里，我们使用的逆展开，其中的磁通量坐标是独立的变量。在准对称的情况下，给出了磁阱和稳定性判据的简化表达式。分析结果表明，同意从VMEC平衡代码的计算。最后，我们表明，在轴附近，Glasser，Greene，& Johnson的电阻模式的稳定性准则近似符合Mercier的理想条件。
2020-09-02 physics.plasm-ph
Stellarators Linking Axisymmetric Mirrors Part 1: Coil Design, MHD Equilibrium, and Physics Metrics
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本研究提出SLAMs混合概念，将OP仿星器与轴对称磁镜结合，通过线圈分离与插入设计，验证真空磁通面保持，并计算MHD平衡及物理指标，提供第一性原理分析。
2026-10-27 physics.plasm-ph
Ion-temperature-gradient stability near the magnetic axis of quasisymmetric stellarators
对准对称仿星器中离子温度梯度模的稳定性进行了研究。这是使用一组分析估计与线性gyrokinetic模拟。峰值增长率，其相应的实际频率和波矢量的识别。一阶近轴膨胀模型和十一个现实的设计使用数值优化方法之间的比较。据发现，虽然近轴膨胀是能够复制的增长率，真正的频率和垂直波矢量在内核（无论是使用简化的色散关系和第一原理gyrokinetic模拟），它会导致高估的增长率在较大的半径。ITG色散关系的非共振极限的近似解析解表明，增长率可以系统地更高的准轴对称（QA）配置相比，准螺旋（QH）对称的。然而，除了非常接近的轴，线性陀螺动力学模拟没有显示QA和QH配置之间的系统差异。
2021-02-24 physics.plasm-ph
Modification of ion-temperature-gradient turbulence by impurities in stellarator plasmas
该研究解析推导了仿星器等离子体中杂质对离子温度梯度增长率的修正表达式，经线性模拟验证其标度与作用条件预测准确，且该表达式与非线性模拟的湍流热通量修正结果显著相关。
2025-10-22 physics.plasm-ph
Parallel and perpendicular turbulence correlation length in the TJ-II Stellarator
长程相关测量使用两个远程往复式朗缪尔探针系统在TJ-II。通过对磁位形的扫描，研究了转动变换对关联的影响。一个简单的漂移波相关模型，假设在平行和垂直的方向上的不同的相关长度的相关指数衰减，被发现可以很好地描述在低密度的观测。在逐渐变高的密度下重复实验，并且在密度的临界值处检测到额外的相关性。根据以前的工作，这种额外的相关性归因于与约束过渡相关的纬向流。因此，总的长程相关被认为是漂移波和纬向流的贡献的总和。
2013-06-06 physics.plasm-ph
Trapped-particle precession and modes in quasi-symmetric stellarators and tokamaks: a near-axis perspective
本文基于近轴框架解析计算了轴对称与准对称磁场中捕获粒子的弹跳平均漂移，揭示了其对磁场几何与稳定性的依赖，并证明捕获电子可用能量与MHD稳定性密切相关。
2023-09-14 physics.plasm-ph
Approach to nonlinear magnetohydrodynamic simulations in stellarator geometry
通过扩展M3 D- $C^1$程序，使之能模拟仿星器等离子体的非线性磁流体动力学（MHD）演化。我们引入了一组逻辑坐标，其中的计算域是轴对称的，利用现有的有限元框架M3 D- $C^1$。一个$C^1$坐标映射连接的逻辑域的非轴对称的物理域，在这里我们使用M3 D- $C^1$扩展MHD模型基本上没有修改。我们提出了几个数值验证这种方法的实施，包括模拟的加热，不稳定，和平衡的仿星器等离子体具有强各向异性的热导率，和放松仿星器平衡的可积和不可积的磁场配置在现实的几何形状。
2021-07-10 physics.plasm-ph
Helicity of the magnetic axes of quasi-isodynamic stellarators
本研究探究磁轴螺旋度对准等动力仿星器位形质量的影响，发现半螺旋度磁轴可用于构建无需边界优化、性能接近传统优化设计的近轴仿星器。
2023-08-29 physics.plasm-ph
Optimized quasisymmetric stellarators are consistent with the Garren-Boozer construction
迄今为止，大多数准对称仿星器都是通过数值优化等离子体边界形状来设计的，以最大限度地减少磁场强度$B$的破环傅立叶模式。在高纵横比时，更快的方法是从Garren和Boozer [PhysFluids B 3，2805（1991）]导出的磁轴附近的准对称方程直接构造等离子体形状。在这里，我们表明，许多基于优化的配置的核心形状和旋转变换可以准确地描述这种直接建设的方法。这种一致性支持使用近轴结构作为现代仿星器配置的精确分析模型。
2019-05-11 physics.plasm-ph
Design of an arrangement of cubic magnets for a quasi-axisymmetric stellarator experiment
使用永磁体来成形仿星器的约束磁场具有减少或消除对非平面线圈的需要的潜力。作为这个想法的概念验证，我们已经开发出一个程序来设计一个立方体永磁体阵列，该阵列与一组环形场线圈协同工作，以限制仿星器等离子体。设计中的所有磁体都被限制为具有相同的几何形状和三种极化类型中的一种，以简化制造，同时仍然产生足够的场精度。我们提出了一些关键的步骤，导致设计，包括周围的设备，根据三个允许的磁铁类型的极化优化程序的磁铁的几何排列，并选择使用的磁铁类型。我们应用这些方法来设计一个阵列的稀土永磁体，可以配对一组平面环形场线圈，以限制一个准轴对称等离子体的环形磁场强度约为0.5 T的轴。
2022-11-16 physics.plasm-ph
Helically-trapped electron mode in optimized stellarator
本研究通过全局回旋动力学模拟，在优化仿星器W7-X中发现由密度梯度驱动的螺旋捕获电子模，其通过湍流扩散和谱转移饱和，并产生显著粒子通量，影响聚变燃料约束与灰排出。
2023-10-10 physics.plasm-ph
Near-Axis Expansion of Stellarator Equilibrium at Arbitrary Order in the Distance to the Axis
直接建设的平衡磁场与环形拓扑结构在任意顺序的距离从磁轴进行，产生一个分析框架，能够探索景观的可能磁通量表面附近的轴。这个框架可以提供有意义的分析洞察的字符的高纵横比仿星器的形状，如旋转变换和等离子体β限制的几何特性的磁通表面的依赖。这里开发的方法是基于理想MHD方程的反纵横比的渐近展开。通过在磁轴上使用相对于Frenet-Serret标架的正交坐标系，简化了分析。导出了展开参数任意阶的磁场矢量、环向磁通量、电流密度、场线标号和转动变换。此外，与近轴扩展形式主义采用基于Boozer坐标的逆坐标方法（所谓的Garren-Boozer构造）的比较，这两种方法在最低阶一致。最后，作为一个实例，给出了一个采用W7-X平衡的数值解，并与最低阶解和W7-X磁场进行了比较。
2020-01-28 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
Direct construction of stellarator-symmetric quasi-isodynamic magnetic configurations
针对准等动力学、N场周期、仿星器对称、单阱磁场平衡的情况，发展了Garren & Boozer（1991）、Plunk et al.（2019）和Plunk et al.（2021）中描述的MHD平衡方程的一阶近轴展开形式。的磁轴形状的重要性进行了研究，我们得出结论，控制的曲率和扭转是至关重要的，以获得具有有限的纵横比和低有效纹波的全能配置，特别是对于一个较高的字段周期数。基于此，本文提出了一种构造具有良好曲率和挠率的轴类的方法。提出了解决方案，包括一个三场周期的配置构造在纵横比为A=20，与e=3.2的最大延伸率和有效波纹小于1%，这表明，高延伸率不是一个必要的功能QI仿星器。
2022-06-16 physics.plasm-ph
Stellarator equilibrium axis-expansion to all orders in distance from the axis for arbitrary plasma beta
针对任意等离子体 beta，本文建立仿星器近轴 MHD 平衡的全阶渐近展开理论，通过额外磁微分方程纳入压力驱动电流，并证明可逐阶满足环向双周期性。
2024-02-26 physics.plasm-ph
Construction of Quasisymmetric Stellarators Using a Direct Coordinate Approach
优化仿星器配置和他们的分析性质得到使用近轴展开方法。这样的配置是与良好的约束，引导中心粒子轨迹和新古典输运是同构的托卡马克。这使得它们作为聚变反应堆候选者具有吸引力。使用直接坐标的方法，其中的磁场和通量面函数被发现明确的位置矢量在连续的订单中的距离轴，一阶和二阶准对称的常微分方程组推导出来。准轴对称形状的例子构造使用伪谱数值方法。最后，直接坐标的方法是用来独立验证两个假设通常与准对称磁场，即方程的数量超过了在第三阶的扩展和近轴扩展的参数的数量不禁止精确的准对称实现在一个单一的通量表面。
2020-03-13 physics.plasm-ph
Figures of merit for stellarators near the magnetic axis
一种新的快速仿星器构型设计的范例最近已经被证明，其中准对称或全向通量表面的形状直接使用从磁轴的小距离的展开计算。为了进一步发展这种方法，在这里，我们得到其他几个感兴趣的量，可以快速计算从这个近轴扩展。首先，计算$\nabla\vec{B}$和$\nabla\nabla\vec{B}$张量，其可用于电磁线圈形状的直接基于导数的优化以实现期望的磁配置。此外，如果这些张量的范数与给定磁场的场强相比很大，则场必须具有短的长度尺度，这表明可能难以用适当远离的线圈产生。其次，我们评估的小半径，在该通量表面的形状将成为奇异的，提供了一个下限的可实现的纵横比。这种约束也被证明是有关的平衡β极限。最后，对于构造为实现所需的磁场强度的扩展中的第一顺序的配置，我们计算的误差场，由于二阶项。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Higher order theory of quasi-isodynamicity near the magnetic axis of stellarators
本文将准等动力性条件推导至距磁轴二阶精度，采用基于弹跳点径向漂移平衡的全向性表述，揭示了最小场强弯曲等值线与磁场拓扑缺陷的内在联系，为更高精度构造仿星器位形并兼顾成形与稳定性奠定基础。
2023-03-10 physics.plasm-ph
Electron root optimisation for stellarator reactor designs
提出了一种优化仿星器装置以利于径向电场电子根解的方法，该方法可避免重杂质积累、改善热离子约束和氦灰排气并可能减少湍流，且在准等向同性仿星器中实现了真空与有限等离子体压力配置的优化。
2024-05-20 physics.plasm-ph
Direct construction of optimized stellarator shapes. I. Theory in cylindrical coordinates
仿星器中导引中心轨迹的约束是由磁场强度$B$在Boozer坐标系$(r, θ, φ)$中的变化决定的，但$B(r,θ,φ)$以复杂的方式依赖于通量面形状。在这里，我们推导出方程相关的$B(r,θ,φ)$在布泽尔坐标系和旋转变换的形状的通量表面在圆柱坐标系中，使用的扩展距离的磁轴。Garren和Boozer [Phys. Fluids B 3，2805（1991）]基于Frenet-Serret框架进行了相关的扩展，该框架在磁轴是直的任何地方都是不连续的，这种情况发生在具有极轴闭合$B$轮廓的全性的有趣情况下。与此相反，我们的计算不使用Frenet-Serret标架。推导了Garren-Boozer方法与柱坐标之间的转换关系，证明了在轴曲率不为零的条件下，这两种方法是等价的。这里导出的表达式有助于使优化的等离子体形状被构造，可以作为输入提供给VMEC和其他仿星器代码，或生成初始配置为传统的仿星器优化。
2018-11-29 physics.plasm-ph
Towards nonaxisymmetry; initial results using the Flux Coordinate Independent method in BOUT++
由于网格生成的复杂性，仿星器边缘输运的流体模拟是困难的;随机边缘和强非轴对称性抑制了场对准坐标系的使用。最近在BOUT++中实现的用于计算平行导数的通量坐标独立方法允许更复杂的几何形状。在这里，我们提出了非轴对称扩散建模的初步结果，作为仿星器湍流建模的一步。然后，我们提出了初始（非湍流）运输建模使用FCI方法和分析计算的结果进行比较。未来仿星器运输和湍流建模的前景进行了讨论。
2016-09-21 physics.plasm-ph
First-principles based plasma profile predictions for optimized stellarators
在这封信中，首次提出了计算机模拟预测现代优化仿星器的等离子体分布-同时自洽地保留新古典运输，具有3D效应的湍流运输和外部物理源。这些模拟利用了一个新开发的耦合框架，涉及全球陀螺湍流代码GENE-3D，新古典运输代码KNOSOS，和一维运输求解器TANGO。这个框架是用来分析最近观察到的能量约束在电子加热的等离子体中的Wendelstein 7-X仿星器，其中的中心离子温度被“钳位”到$T_i \approx 1.5$千电子伏，无论外部加热功率的退化。通过执行基于第一原理的模拟，我们提供了关键的证据来理解这种效果，即在一个有序度占主导地位的制度，这是加剧了大的$T_e/T_i$比率的电子和离子之间的低效的热耦合，并表明，一个更有效的离子热源，如直接离子加热，将增加轴上的离子温度。这项工作为使用高保真模型开发下一代仿星器铺平了道路，其中新古典和湍流传输同时优化。
2023-03-24 physics.plasm-ph
Enhanced performance in quasi-isodynamic max-$J$ stellarators with a turbulent particle pinch
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（德国马普等离子体物理研究所）
本文提出SQuID-τ装置，通过湍流内输运实现密度峰，提升性能并放松反应堆设计约束。
2026-04-21 physics.plasm-ph
Zonal flow suppression of turbulent transport in the optimized stellarators W7-X and QSTK
Indian Institute of Science（印度科学学院）；Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立学院）；University of California Irvine（加州大学尔湾分校）
研究通过比较W7-X和QSTK两种优化环形磁约束装置，探讨局域流抑制由ITG驱动湍流输运的作用，发现ZFs显著降低离子热输运并支持线性稳定性与非线性稳定化共同抑制非线性热通量。
2025-08-06 physics.plasm-ph
Validation of a Comprehensive First-Principles-Based Framework for Predicting the Performance of Future Stellarators
本文验证了耦合 GENE、KNOSOS 与 Tango 的多时间尺度模拟框架，在 W7-X 方案中准确复现稳态剖面和湍流趋势，为仿星器性能预测提供可靠工具。
2025-03-11 physics.plasm-ph
Linear simulation of ion temperature gradient driven instabilities in W7-X and LHD stellarators using GTC
全球陀螺动力学环形程序（GTC）最近已经升级，可以在非轴对称平衡位形（如仿星器）中进行模拟。利用GTC对Wendelstein 7-X（W7-X）和LHD（Large Helical Device）仿星器中离子温度梯度（ITG）驱动的不稳定性进行了线性模拟。讨论了仿星器中ITG特性的一些结果，包括环形网格收敛、n模数收敛、极向谱和平行谱，以及通量面上的静电势模结构。
2017-05-26 physics.plasm-ph
Geometry effects on zonal flow dynamics and turbulent transport in optimized stellarators
全局回旋动理学模拟发现，在为新经典输运优化的仿星器中，带状流对ITG湍流有强烈抑制；得益于更高的线性残余水平和更低的非线性频率，QH和QI仿星器的输运降低远大于QA和托卡马克，其输运水平和能量约束时间与托卡马克相似。
2025-05-28 physics.plasm-ph
Control of the bootstrap current in approximately quasi-axisymmetric magnetic fields
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（国家聚变实验室，CIEMAT）
本文提出了一种基于近准轴对称磁场和分段无源扰动的新策略，旨在实现简单线圈几何、托卡马克式约束性能及通过调节反向电流与岛型分流器的兼容性。
2026-10-27 physics.plasm-ph
Compact quasiaxisymmetric stellarators, a near axisymmetric theory
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Max Plank Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Parks Road, Oxford, OX1 3PU, UK（牛津大学鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）
通过近轴对称微扰展开，理论分析紧凑准轴对称仿星器中脊线的形成机制，并数值验证其在内侧负高斯曲率区域的局域化特性。
2026-06-02 physics.plasm-ph
Spatiotemporal and Wavenumber Resolved Bicoherence at the Low to High Confinement Transition in the TJ-II Stellarator
在TJ-Ⅱ仿星器上用多普勒反射计研究了等离子体湍流。通过扫描探测光束的倾斜角度，在反射层处探测不同值的垂直波数。以这种方式，带状流和湍流之间的相互作用的报告与（a）空间，（b）时间，和（c）波数分辨率的第一次在任何磁约束聚变装置。我们报告测量的双相干跨越低到高（L-H）的限制过渡在TJ-II。我们研究快速过渡和缓慢过渡的中间（I）阶段。的双相干，理解为反映的垂直速度（纬向流）和湍流振幅之间的非线性耦合，是显着增强的几十毫秒左右的时间窗口的L-H过渡。它被发现在一个特定的径向位置（稍微向内的径向电场剪切层在H模式），并与特定的垂直波数（$k_\perp \simeq 6-12$ cm $^{-1}$，$k_\perp ρ_s \simeq 0.8-2$）。在所有情况下，双相干是由于高频（$\simeq 1$ MHz）和相当低的频率（$\lesssim 50$ kHz）之间的相互作用，正如纬向流所预期的那样。
2013-06-06 physics.plasm-ph
Assessing global ion thermal confinement in critical-gradient-optimized stellarators
本文通过GENE/GENE-3D与TANGO耦合的先进理论框架，评估了针对离子温度梯度模临界梯度优化的准螺旋对称仿星器HSK和QSTK的约束性能，发现其芯部到边缘温度比显著高于HSX，并指出边缘区域约束建模对整体性能评估至关重要。
2023-10-28 physics.plasm-ph
Impurity temperature screening in stellarators close to quasisymmetry
杂质温度屏蔽是一种有利的新经典现象，它涉及来自聚变装置核心的杂质离子向外的径向通量。准对称磁场本质上是双极性的，并对足够低的$η^{-1}\equiv d\ln n/d\ln T$产生温度屏蔽。相比之下，在一般仿星器的新古典通量将取决于径向电场，这是预测向内的离子根等离子体，可能导致杂质积累。在这里，我们研究杂质粒子通量在一些近似准对称仿星器配置和参数制度，而不同的量的破缺的磁场。失去温度屏蔽所需的破缺量（来自完美准对称）取决于特定的组态和通量面。新古典通量已获得使用SFINCS漂移动力学方程求解器与静电势$Φ=Φ(ψ)$，其中$ψ$是通量表面标签。结果表明，实现温度屏蔽是可能的，但不太可能，在反应堆相关的条件下，在核心。因此，名义上准对称仿星器的对称性的小偏离足够大，以显着改变新古典杂质输运。进一步研究这些通量相比，陀螺玻姆湍流估计表明，新古典通量是小的优化配置相比，湍流通量。因此，虽然在大多数情况下，新古典杂质的积累是可以预期的，但湍流的强度可能会使其变得无关紧要。
2020-02-22 physics.plasm-ph
Direct construction of optimized stellarator shapes. II. Numerical quasisymmetric solutions
准对称仿星器是吸引人的智力和聚变反应堆的候选人，因为指导中心的粒子轨迹和新古典运输同构的托卡马克，这意味着良好的约束。以前，准对称磁场已经通过应用黑盒优化算法来最小化磁场强度$B$的破环傅立叶模式来识别。在这里，我们直接构建磁场在圆柱坐标系中，是准对称的领先顺序的距离，从磁轴，而不使用优化。该方法涉及最初由Garren和Boozer [Phys.Fluids B 3，2805（1991）]导出的一维非线性常微分方程的解。我们证明了这种无优化方法的有用性和准确性，通过提供这种构造的结果作为代码VMEC和BOOZ_XFORM的输入，确认了磁谱的纯度和缩放。这个数量级的准对称磁场的空间由磁轴形状和其他三个实数参数化，其中一个反映了轴上的环形电流密度，另一个是仿星器对称性的零。这里的方法可以用来产生良好的初始条件，为传统的优化，其速度可以穷举搜索的参数空间。
2018-12-04 physics.plasm-ph
AI-Accelerated Gyrokinetic Predictions of Turbulent Transport for Stellarator Design Optimization and Experimental Planning
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Type One Energy；California Institute of Technology（加州理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文利用AI替代模型加速仿星器湍流输运预测，实现磁平衡优化与输运求解加速，并通过AI智能体自动探索目标与超参数，发现改进的湍流优化磁平衡。
2026-09-25 physics.plasm-ph
A statistical analysis approach of plasma dynamics in gyrokinetic simulations of stellarator turbulence
本文提出一种结合奇异谱分析和分层聚类的几何方法，用于检测仿星器W7-X回旋动理学湍流模拟中的雪崩现象，并通过计算Hurst指数等度量揭示时间序列的物理性质。
2022-12-29 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
A model for the fast evaluation of prompt losses of energetic ions in stellarators
充分了解非轴对称磁场中高能离子的限制是基于仿星器概念设计反应堆的关键。在这项工作中，我们开发了一个模型，根据径向局部反弹平均漂移动力学方程，轨道分类，并成功地预测配置相关方面的迅速损失的高能离子仿星器。这种模型又可以用于新器件设计的优化阶段。
2021-07-06 physics.plasm-ph
