Prospects for a dominantly microwave-diagnosed magnetically confined fusion reactor
与目前的实验相比，托卡马克和仿星器反应堆将承受更高的热负荷、溅射、侵蚀和随后的涂层、氚滞留、更高的中子通量和一些辐射效应。此外，中性束在托卡马克反应堆中的穿透将仅限于等离子体边缘。因此，对今天等离子体的几种光学、基于束的和磁诊断可能不适用于明天的反应堆，但目前的讨论表明，反应堆可以在很大程度上依赖于微波诊断，包括基于模式转换和集体汤姆森散射的技术。
2017-01-11 physics.plasm-ph
Temperature Runaway in a Pulsed Dielectric Barrier Discharge Reactor
本文报道了用高压脉冲信号供电的介质阻挡放电反应器中气体温度的实验测量。结果表明，反应器的热行为遵循一级模型。然而，在300Hz的频率下观察到意外的失控现象。观察到电源突然增加，因此反应器温度达到170°C。这种行为进行了讨论的输入功率随温度的变化，可能是由于谐振现象。
2018-07-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Simulations for Spherical Tokamak Divertor Design
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Institute for Fusion Studies, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）
开发回旋动理学代码Gkeyll模拟球形托卡马克低再循环模式，证明无需锂偏滤器板即可实现高SOL温度和低SOL密度，并揭示动理学效应可降低偏滤器峰值热通量、限制杂质污染。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Duqtools: Dynamic uncertainty quantification for Tokamak reactor simulations modelling
本研究开发了Python开源工作流工具duqtools，自动化聚变模拟设置流程，通过2000次等离子体模拟验证JINTRAC套件并发现初始化数据一致性问题，还用于QLKNN-jetexp-15D代理模型的敏感性分析。
2025-01-21 physics.plasm-ph
Quodon Current in Tungsten and Consequences for Tokamak Fusion Reactors
本文研究了Tokamak聚变反应堆中由高能He离子和中子产生的移动晶格激发quodons，提出分离quodon电流与传导电流的实验设计，通过飞行时间实验测得其速度接近声速，并发现高功率下quodons可能对低温系统产生不利影响。
2023-09-18 nlin.PS physics.plasm-ph
Hybridizing Physics and Neural ODEs for Predicting Plasma Inductance Dynamics in Tokamak Fusion Reactors
MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
针对托卡马克等离子体模拟中物理方法计算成本高、数据驱动方法数据不足的问题，本文提出将物理方程与神经常微分方程融合，用于预测等离子体电流与内部电感动力学，并在 Alcator C-Mod 数据上验证其优于纯物理模型和纯神经常微分方程模型。
2023-10-30 cs.LG physics.plasm-ph
Radiative pulsed L-mode operation in ARC-class reactors
本研究提出ARC级高辐射脉冲L模式燃烧等离子体方案，通过脉冲感应运行和高场设计在低约束下实现超1000MW聚变功率，经模拟验证可行性，为托卡马克反应堆提供新的发展方向。
2022-09-09 physics.plasm-ph
Investigation of Neoclassical Tearing Mode Detection by ECE Radiometry in Tokamak Reactors via Asymptotic Matching Techniques
该研究利用TJ程序结合渐近匹配方法模拟ITER类托卡马克中NTM的磁结构与电子温度扰动，并开发考虑相对论效应的模拟ECE诊断以预测检测信号。
2025-07-28 physics.plasm-ph
Multiple-isotope pellet cycles captured by turbulent transport modelling in the JET tokamak
第一次成功地再现了多同位素等离子体的颗粒循环减少湍流输运建模，在一个综合的模拟框架。未来的核聚变反应堆很可能由低温弹丸注入燃料，由于更高的穿透力和更快的响应时间。准确的颗粒循环建模对于评估燃料效率和燃烧控制至关重要。在最近的JET托卡马克实验中，氘丸与反应堆相关的沉积特性注入到纯氢等离子体。同位素比剖面的测量推断氘穿透时间与能量约束时间相当。该模型成功地再现了等离子体热力学配置文件和快速氘渗透时标。减少湍流模型的预测，在一个负的密度梯度的存在下，以下粒料沉积相比，基因的线性和非线性高保真度建模。在反应堆燃料能力和燃烧控制方面，结果令人鼓舞。
2021-03-16 physics.plasm-ph
Impurity seeding for suppression of the near Scrape-Off Layer heat flux feature in tokamak limited plasmas
在板内有限的等离子体，预计将用于未来的聚变反应堆的启动和斜坡下降阶段，刮削层（SOL）表现出两个区域：“近”和“远”SOL。与近SOL相关联的平行热通量的陡峭径向梯度可导致固体表面上的过度热负荷，损坏它们和/或限制聚变反应堆的操作空间。在本文中，利用[F. Nespoli等人，核聚变2017]，我们提出了一种通过杂质播种来缓解和抑制近SOL热通量特征的技术。首次成功的实验结果从TCV托卡马克的介绍和讨论。
2017-12-04 physics.plasm-ph
Favorable modifications of Scrape-Off Layer (SOL) heat flux width through pulsed fuelling in ADITYA-U Tokamak
本研究在ADITYA-U托卡马克中通过脉冲加料实现了刮削层热通量宽度的有利调控，结合实验、解析与模拟验证了其效果优于连续送气的热通量缓解效果，并揭示了相关物理机制，为聚变装置热负荷控制提供参考。
2025-08-01 physics.plasm-ph
Polarized fusion, its Implications and plans for Direct Measurements in a Tokamak
经过几十年的努力，一个长期的能源选择刚刚接近地平线，那就是核聚变。最近的发展使我们能够应用自旋物理技术来提高其可行性。托卡马克反应堆中的主聚变燃料的截面D+T=> α +n，如果燃料被极化，将增加1.5倍。模拟预测，由于阿尔法加热的增加，在大型机器（如ITER）中会出现进一步的非线性功率增益。这些都是重大的改进，可以降低达到点火所需的要求，并可用于通过补偿中子降解来延长反应堆的使用寿命。潜在的实现依赖于自旋极化的生存期相当于能量遏制时间。对极化燃料选择的兴趣在20世纪80年代达到了最初的高峰，当时的计算预测极化实际上可以在等离子体中存活下来。然而，有人对从反应堆壁回收燃料的累积影响表示关切。此外，制备和处理极化材料的技术挑战阻碍了直接测试。在过去几十年中，这种情况发生了巨大变化。对ITER等离子体的详细模拟表明，在高功率反应堆中，壁面再循环可以忽略不计。此外，极化材料技术、为惯性约束开发的聚合物颗粒以及为将燃料输送到托卡马克堆芯而开发的低温注入枪这三个领域的进步组合已经成熟到可以进行直接原位测量的程度。杰斐逊实验室- DIII-D/通用原子学-弗吉尼亚大学的合作正在圣地亚哥的DIII-D托卡马克上开发使用同位旋镜反应D+3 He =>alpha+p的原理证明极化生存实验的设计。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Optimization of Tritium Breeding Ratio in a DT and DD Submersion Tokamak Fusion Reactor
该研究利用Paramak与OpenMC模拟浸没式托卡马克，比较材料、富集度及DD/DT中子能谱对TBR的影响，以实现氚自给。
2023-09-30 cs.CE physics.plasm-ph
A novel agile THz Pulsed Spectropolarimeter measuring 2D distributions of the magnetic field, density and ion temperature of fusion reactor equilibria
本文提出一种新型敏捷太赫兹脉冲光谱偏振仪，通过脉冲偏振测量结合集体汤姆逊散射光谱，可同时测量聚变装置中磁场、密度、离子温度及快离子速度的二维分布，为未来聚变反应堆提供先进实时诊断能力。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Compact Experimental Negative TriAngUlarity Reactor (CENTAUR): A design study for a compact, affordable breakeven tokamak
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
提出一种紧凑、高场、收支平衡的托卡马克反应堆设计CENTAUR，通过负三角性等离子体实现无ELM运行，预测总聚变功率40MW、科学能量增益1.3，并达到20亿美元隔夜成本目标。
2026-05-26 physics.plasm-ph
Langmuir probe diagnostic studies of pulsed hydrogen plasmas in planar microwave reactors
朗缪尔探针技术已被用来研究时间和空间分辨的电子密度和电子温度的脉冲调制氢放电在两个不同的平面微波反应器（fmicrowave= 2.45 GHz，tpulse= 1 ms）。反应器是（i）驻波辐射开槽波导反应器和（ii）改进的行波辐射开槽波导反应器，它们在约350 cm ^2至500 cm ^2的面积上产生相对较大的等离子体。这些反应器类型的等离子体特性特别令人感兴趣，因为它们已用于基础研究和等离子体处理，例如用于表面处理和层沉积。在本研究中，反应器中的压力和微波功率分别在33和55 Pa和600和3600 W之间变化。在具有高电磁场的区域中，使用屏蔽的朗缪尔探针以避免探针特性的干扰。靠近反应器的微波窗口，电子密度和电子温度都表现出强烈的不均匀性。在驻波反应器的不均匀性被发现是空间调制的位置的槽。电子温度的最大值约为10 eV，电子密度在0.2 ~ 14*10^11 cm^-3之间变化。放电脉冲中的稳态电子温度在几十微秒内达到，而电子密度需要几百微秒才能达到稳态。取决于反应器，电子密度在脉冲开始后的80至200微秒之间达到最大值。
2002-06-13 physics.plasm-ph
R&D around a photoneutralizer-based NBI system (Siphore) in view of a DEMO Tokamak steady state fusion reactor
自2006年签署ITER条约以来，欧洲的几个实验室一直在进行一项新的研究计划，旨在为未来的聚变反应堆（DEMO托卡马克）开发新一代中性束（NB）系统。在DEMO上运行NB系统所需的规格非常苛刻：系统必须在非常高的功率（高达150 MW）和能量（1或2 MeV）水平下提供等离子体加热、电流驱动和等离子体控制，包括在插墙效率（$η$ > 60%）、高可用性和可靠性方面的高性能。为此，一种新的NB概念的基础上的高能负离子束的光剥离正在研究中。这一新概念的重点是实现了一种光中和器，其中在法布里-珀罗腔内产生的高功率光子通量（~3 MW）将与以高能量（1或2 MeV）加速的强负离子束重叠、交叉和部分光分离。束线的纵横比（源、加速器等）被特别设计成使光子束与离子束的重叠最大化。结果表明，这种基于光中和的NB系统将有能力提供几十兆瓦的D 0每束线的壁插效率高于60%。不同的实验室已经对这一概念进行了可行性研究，以解决不同的物理问题，即，负离子源，等离子体建模，离子加速器模拟，光中和和真空高压保持。本文介绍了该项目的现状和实验室建设的主要成果。
2019-11-27 physics.plasm-ph
The Negative Triangularity Tokamak Path for Fusion Pilot Plants: Experimental Progress and Future Prospects
General Atomics（通用原子能公司）；Institute for Fusion Studies, University of Texas – Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Plasma Science and Fusion Center, MIT（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
本文综述负三角形性（NT）托卡马克构型的实验进展，该构型通过反转D形截面，在性能、排热和鲁棒性之间取得平衡，有望解决传统正三角形性H模面临的挑战。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Optimisation of out-vessel magnetic diagnostics for plasma boundary reconstruction in tokamaks
为了改善未来托卡马克反应堆（如ITER）磁场测量的低频谱，已经考虑了几种稳态磁传感器技术。对于所有研究的技术，将传感器放置在真空容器外部并且尽可能远离反应堆堆芯以最小化辐射损伤和温度影响总是有利的，但不至于损害平衡重建的准确性。我们已经研究了在什么程度上增加容器外传感器和等离子体之间的距离可以补偿传感器的精度和/或密度之前的限制所施加的退化的问题是达到。这项研究是专门为瑞士TCV托卡马克，由于其磁性数据的质量和它的能力，以广泛的等离子体形状和偏滤器配置。我们已经扫描了等离子体边界重建误差作为容器外传感器密度、精度和到等离子体的距离的函数。研究的托卡马克放电的瞬态和稳态阶段。我们发现，在一般情况下，有一个广泛的区域中的参数空间，传感器的精度，密度和接近等离子体可以相互交换，以获得所需的精度水平的重建边界，达到一定的限制。外推的结果托卡马克反应堆表明，与传感器内部和外部的真空容器的混合配置可以用来获得一个良好的边界重建在瞬态和平顶的放电，如果容器外磁传感器的足够的密度和精度可以放置在足够远的容器外，以尽量减少辐射损伤。
2013-01-31 physics.ins-det physics.plasm-ph
Highest Fusion Performance without Harmful Edge Energy Bursts in Tokamak
本文提出融合机器学习与实时控制的自适应三维磁扰动优化，并在 DIII-D、KSTAR 上验证，可在抑制边缘能量爆发的同时实现最高聚变性能。
2024-05-08 physics.plasm-ph
TokaGrad: End-to-end differentiable tokamak simulator for L-to-H full scenario optimization
Chung-Ang University（中央大学）
研究聚焦聚变能源商业化下的托卡马克优化问题，提出 TokaGrad 这一可微模拟器，它整合多种可微模型，能自洽模拟全放电场景，与优化器耦合可实现多方面优化，为相关自动化、可微优化提供途径。
2026-07-13 math-ph math.MP 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
Discharge dynamics in a cylindrical SDBD prototype reactor under ns-pulsed and sinusoidal AC operation
本文开发了一种圆柱形SDBD原型反应器，通过将接地电极浸入变压器油抑制寄生放电，对比研究了纳秒脉冲与正弦交流驱动下的放电电学特性和时空动力学，发现纳秒脉冲放电具有更高的可重复性和时空分辨率，适用于流动控制、生物医学和农业等应用的基础研究。
2025-06-05 physics.plasm-ph
The properties of resistive MHD modes and unstable spectra in advanced tokamak regimes
该研究针对先进托卡马克低磁剪切区域的MHD不稳定性问题，推导解析解并扩展求解器，探究多因素对稳定性的影响，指出数值计算常见假设的局限性，为聚变堆稳定方案设计和重联事件理解提供支撑。
2025-09-03 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Coupling of alpha-channeling to parallel wavenumber upshift in lower hybrid current drive
虽然低杂波已被证明是有效的驱动等离子体电流在当今的托卡马克，他们被预测强烈相互作用的高能α粒子产生的聚变反应在最终的托卡马克反应堆。然而，在预期的陡峭的α粒子出生梯度的存在下，这种相互作用可以产生波放大，而不是波阻尼。在这里，我们确定的灵活性和约束，通过考虑对称性的沟道相互作用，在波的传播，并在托卡马克场配置实现这种放大效应。有趣的是，对于支持极向磁场的标准LH电流驱动，我们发现通过α通道的波放大从根本上耦合到知之甚少的平行波数上移。在这样做，我们表明，波发射从托卡马克高场侧是有利的α沟道和实现平行波数上移。
2016-02-08 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
Advanced Tokamak: The Strongly Reversed Central Magnetic Shear Profile
本文综述托卡马克强反转剪切剖面的特性、稳定性问题、能量约束优势、产生与维持方式，并列举相关实验、仿真及理论反应堆研究成果，为先进托卡马克稳态商用反应堆研究提供参考。
2024-05-16 physics.plasm-ph
Electromagnetic gyrokinetic instabilities in STEP
本文对反应堆规模托卡马克STEP进行了局部线性回旋动理学分析，发现其平衡态主要由混合KBM不稳定性主导且伴随次主导的MTMs，通过三代码基准测试验证了结果并为非线性研究奠定基础。
2023-10-05 physics.plasm-ph
Memory- and compute-optimized geometric multigrid GMGPolar for curvilinear coordinate representations -- Applications to fusion plasma
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Laboratoire d'Analyse et d'architecture des Systèmes (LAAS)（系统分析与架构实验室）；Bonn Center for Mathematical Life Sciences, University of Bonn（波恩大学数学生命科学中心）
本文提出了一种内存和计算优化的几何多网格方法GMGPolar，用于曲线坐标表示，以提高在等离子体融合中的求解效率。
2025-10-10 cs.MS 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
