Nature of Kinetic Scale Turbulence in the Earth's Magnetosheath
我们提出了一个相结合的观测和理论分析，以调查在地球的磁鞘等离子体湍流的性质在动力学尺度。在动力学范围的第一个十年中，就在离子陀螺仪下面，湍流被发现与上游太阳风中的湍流相似：主要是各向异性，低频和动力学Alfvén。然而，一个关键的区别是磁鞘离子通常比电子$T_\mathrm{i}\gg T_\mathrm{e}$热得多，这与$β_\mathrm{i}\sim 1$一起导致第二个十年的行为变化，接近电子尺度。这里的湍流的特点是增加的磁压缩性，以下的模式，我们长期的惯性动力阿尔文波，和陡峭的频谱的磁波动，符合预测$E_B(k_\perp)\propto k_\perp^{-11/3}$，我们从一组非线性方程。这种等离子体湍流状态也可能与其他具有$T_\mathrm{i}\gg T_\mathrm{e}$的天体物理环境有关，例如日华、热吸积流和无碰撞激波下游区域。
2017-05-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the damping channels of Alfvén modes in ASDEX Upgrade
托卡马克中能量粒子驱动的Alfvénic不稳定性的线性失稳和非线性饱和强烈依赖于阻尼通道。在这项工作中，无碰撞阻尼机制的Alfvénic模式进行了研究的陀螺框架内，通过全球模拟与粒子在细胞代码ORB 5，并与本征值代码LIGKA和简化模型进行比较。特别是，连续阻尼和朗道阻尼（离子和电子）被认为是。电子朗道阻尼被发现是占主导地位的离子朗道阻尼实验相关的情况下。作为应用，对ASDEX Upgrade中由超环面引起的Alfvén本征模和能量粒子驱动模的线性和非线性动力学进行了理论研究，并与实验测量结果进行了比较.
2019-10-31 physics.plasm-ph
A singular finite element technique for calculating continuum damping of Alfvén eigenmodes
连续共振引起的阻尼可以用无耗散的理想磁流体力学（MHD）来计算，只要适当地处理这些共振引起的极点。我们描述了一个奇异有限元技术计算连续阻尼的阿尔文波。阿Frobenius展开是用来确定适当的有限元基函数的内部区域周围的极点由于连续共振。由于连续共振和模式频率的极点的位置迭代计算使用伽辽金方法。用这种方法求出了大长径比圆形托卡马克中超环面诱导Alfvén本征模（TAE）的复频率和模结构，结果表明与复轮廓法十分吻合。
2014-11-26 physics.plasm-ph
The Fluid-like Behavior of Kinetic Alfvén Turbulence in Space Plasma
动力阿尔文波（KAWs）是MHD阿尔文波分支在相对于背景磁场高度倾斜传播的情况下的短波长延伸。对空间等离子体的观测表明，小尺度湍流主要是类KAW湍流。我们应用两种理论方法，碰撞双流体理论和碰撞动力学理论，获得的KAW极化依赖于$β_\mathrm{p}$（质子热压力的磁压力的比率）在离子陀螺仪的密度，体积速度和压力的波动的预测。我们进行小波分析的MMS磁鞘测量和比较的意见与这两种理论。我们发现，双流体理论预测的观测结果比动力学理论，这表明，小规模的KAW-like波动表现出类似流体的行为，在磁鞘中，虽然等离子体是弱碰撞。我们还提出了预测的KAW偏振的内层日光层是可测试的帕克太阳探测器和太阳轨道器。
2019-01-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Calculation of continuum damping of Alfvén eigenmodes in 2D and 3D cases
在理想磁流体力学中，剪切阿尔文本征模由于与剪切阿尔文连续体的共振相互作用而可能经历无耗散阻尼。这种连续阻尼可以对剪切阿尔文本征模的整体增长/衰减率做出显着贡献，从而影响快速离子传输。计算连续介质阻尼的一种方法是在复平面上的适当轮廓上求解MHD本征值问题，从而满足因果关系条件。这种方法可以实现在三维理想MHD代码使用Galerkin方法。可以将解析函数拟合到平衡量的数值数据，以确定这些量沿复杂轮廓的值。这种方法需要的分辨率比电阻率为零时计算阻尼的现有技术更低，因此计算效率更高。将复轮廓法应用于三维有限元理想磁流体程序CKA。本文讨论了应用复围道法计算托卡马克装置以及Torsatron、W7 X和H1-NF仿星器中整体模的连续阻尼。据作者所知，这些仿星器计算代表了全三维平衡中本征模连续阻尼的第一次计算。连续阻尼的全球模式在W7 X和H1-NF仿星器配置的调查被发现敏感地依赖于众多的极向和环向谐波的耦合。
2015-07-08 physics.plasm-ph
Landau damping of Alfvénic modes in stellarators
研究发现，仿星器中存在所谓的波粒相互作用的非轴对称共振[这与磁位形缺乏轴对称性有关，Kolesnichenko等人，等离子体9（2002）517]可以通过朗道机制对由高能离子不稳定化的环形诱导的阿尔文本征模（TAE）和等门模（在连续区中具有相等的极向和环形模数目和频率的阿尔文模）具有强的稳定化影响。这些共振涉及仿星器的平衡磁场的最大谐波，并导致中压等离子体中的热离子吸收模式能量，在这种情况下，效果很大。另一方面，在归因于例如，在Helias反应堆中，热离子也可以与高频Alfvén间隙模式[螺旋诱导Alfvén本征模式（HAE）和镜面诱导Alfvén本征模式（MAE）]相互作用，导致这些模式的相当大的阻尼。只考虑与通过粒子的共振。所开发的理论适用于各种模式的文德尔斯坦7-X仿星器和一个Helias反应堆，并在LHD螺旋装置的两个TAE模式。
2018-08-27 physics.plasm-ph
On the Formation of Super-Alfvénic Flows Downstream of Collisionless Shocks
本研究针对地球弓激波下游超阿尔文射流的形成问题，提出火hose不稳定性涨落与压缩加热的驱动机制，结合流体模型估算与MMS观测数据验证，为磁鞘射流演化的动力学过程研究提供新依据。
2024-08-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Contribution of Magnetic Reconnection Events to Energy Dissipation in Magnetosheath Turbulence
通过对MMS磁鞘测量结果的分析，得到了电子尺度下磁重联（MR）事件对相干结构能量耗散贡献的统计结果。采用增量偏方差（PVI）方法在磁场数据中寻找相干结构。进一步选择了具有反转磁场分量的电流片结构。我们考虑以下标准来识别MR事件，如具有磁场反转的电流片、显著的能量耗散和明显的电子流出速度。从统计上看，对于大多数磁共振事件，其PVI值大于其他类型相干结构的PVI值，其能量耗散也比其他类型相干结构的强。然而，由于MR事件的相对小的比例，它们对相干结构的能量耗散的贡献相对微不足道。如果考虑非相干结构的耗散，MR事件对磁鞘能量耗散的贡献将较小，因此，MR事件虽然具有较强的局部耗散，但并不是磁鞘能量耗散的主要贡献者。在分析了非磁共振电流片的特征后，我们认为非磁共振电流片主要是动力学阿尔文涨落所固有的相干结构。
2020-10-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamic Phase Alignment in Inertial Alfven Turbulence
在电子β足够低的弱碰撞等离子体环境中，Alfvénic湍流在电子趋肤深度$k_\perp d_e\gtrsim 1$以下的尺度上转变为惯性Alfvénic湍流。我们认为，在惯性Alfvénic湍流，能量和广义动力螺旋度表现出直接级联。我们证明了这两个级联是兼容的，由于存在一个强大的规模依赖的速度和磁场波动之间的相位对准角，与相位对准角缩放为$\cosα_k\propto k_{\perp}^{-1}$。动能谱和磁能谱的标度分别为$\propto k_{\perp}^{-5/3}$和$\propto k_{\perp}^{-11/3}$。作为双直接级联的结果，广义螺旋度谱尺度为$\propto k^{-5/3}_{\perp}$，这意味着随着级联在$k_{\perp} d_e \gg 1$范围内进行到更小尺度，湍流逐渐平衡。湍流涡旋表现出相空间各向异性$k_{\parallel} \propto k_{\perp}^{5/3}$，与临界平衡的惯性阿尔文波动一致。我们的结果可能适用于各种地球物理，空间和天体物理环境，包括地球的磁鞘和电离层，太阳日冕，非相对论对等离子体，以及强烈旋转的非电离流体。
2020-10-01 physics.plasm-ph
Small-amplitude Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence Modulated by Collisionless Damping in Earth's Magnetosheath: Observation Matches Theory
本研究利用Cluster卫星数据首次观测证实无碰撞阻尼调制地球磁鞘中小振幅可压缩MHD湍流，分解三种模式并揭示其对各向异性的影响，观测与理论相符。
2024-02-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Nature of the MHD and kinetic scale turbulence in the magnetosheath of Saturn: Cassini observations
利用卡西尼号航天器的现场测量研究了土星磁鞘中的低频湍流。重点放在频率范围$\sim[10^{-4}, 1]$ Hz计算的磁能谱。本文分析了磁鞘中42个时间段，并报道了与已知的太阳风湍流特征相对照的三个主要结果：1）磁能谱在MHD尺度下表现出$\sim f^{-1}$标度，随后在亚离子尺度下表现出$\sim f^{-2.6}$标度，但没有形成所谓的惯性区; 2）磁压缩性以及磁场平行分量与密度涨落$ C(δn,δB_{||}) $之间的互相关表明可压缩磁声慢波占主导地位。在MHD尺度下的类似模式，而不是Alfvén模式; 3）高阶统计揭示了一个单分形（resp.多重分形）行为的湍流下游的准垂直（分别）。准平行）冲击在亚离子尺度。讨论了这些结果对空间等离子体湍流理论模拟的意义。
2016-11-24 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence in the terrestrial magnetosheath: space-time correlation using the Magnetospheric Multiscale mission
University of Delaware（特拉华大学）
本研究基于MMS任务观测数据，分析地球磁鞘磁场涨落的时空关联，首次观测到空间湍流传播子，揭示了磁鞘湍流的各向异性特征与去相关机制，为相关理论和数值模型提供关键约束。
2025-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Simultaneous measurements of unstable and stable Alfvén Eigenmodes in JET
本文报道了在JET托卡马克等离子体中同时测量到的不稳定和稳定的环形诱导阿尔文本征模（TAE）的新实验观察。采用三离子加热方案（D-DNBI-3 He）将氘核加速到MeV能量，从而使环形模数n = 3-5的TAE不稳定，每个模振幅减小。同时，Alfvén本征模有源诊断共振激发稳定的n = 6 TAE，总归一化阻尼率为$-γ/ω_0 \approx$ 1%-4%。混合动力学MHD建模与代码NOVA-K和MEGA都发现本征模式具有相似的频率，模式结构，和径向位置的实验。NOVA-K与n = 3、4和6 TAE表现出良好的一致性，在不确定性范围内匹配n = 6模式的阻尼率，并将辐射阻尼确定为主要贡献。改进的协议被发现与MEGA的所有模式：不稳定的n = 3-5和稳定的n = 2，6模式，与后两个稳定的较高的固有阻尼和较低的快速离子驱动，分别。虽然仍有一些差异有待解决，但这种独特的验证工作使我们对未来融合器械的TAE稳定性预测充满信心。
2022-08-09 physics.plasm-ph
Damping of Alfvén waves in MHD turbulence and implications for cosmic ray streaming instability and galactic winds
MHD湍流的Alfvénic分量阻尼Alfvénic波。这种效应的后果对许多过程都很重要，从宇宙射线（CR）传播到星系和其他磁化系统中的发射流出和风。我们讨论了湍流对流动不稳定性的阻尼和对平面平行波的阻尼的差异。前者发生在与CR流所沿的局部磁场方向对准的参考系中。后者是在平均磁场的参考系中，并且传统上在等离子体研究中被考虑。我们还比较了流不稳定性的湍流阻尼与离子中性碰撞阻尼，这成为在一个足够低的电离分数占主导地位的阻尼效应。数值试验和天体物理的影响进行了讨论。
2022-01-13 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Damping of Alfven waves in solar partially ionized plasmas: effect of neutral helium in multi-fluid approach
色球等离子体和日珥等离子体中含有中性原子，这些中性原子可能通过与离子碰撞而改变等离子体动力学。大多数原子是中性氢，但在特定温度下，等离子体中也可能存在大量的中性氦。离子与中性氢碰撞对磁流体动力学波的阻尼作用已经有了很好的研究，但中性氦的影响还很不清楚。我们的目的是研究中性氦在太阳部分电离等离子体中阿尔芬波阻尼中的作用。考虑三流体磁流体力学（MHD）近似，其中一个组分是电子-质子-单电离氦，另外两个组分是中性氢原子和中性氦原子。导出了等温均匀等离子体中线性阿尔芬波的色散关系。然后，我们求解色散关系，并得出不同等离子体参数的阿尔芬波的阻尼率。中性氦的存在下显着增强阻尼的阿尔芬波相比，由于中性氢在一定值的等离子体温度（10000-40000 K）和电离的阻尼。阻尼率在离子-中性粒子碰撞频率附近有一个峰值，但随着波谱的升高而减小。离子与中性氦原子的碰撞对色球针状体和日冕过渡区的阿尔芬波的衰减具有重要意义。
2011-09-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Results from the Alfvén Eigenmode Active Diagnostic during the 2019-2020 JET deuterium campaign
本文介绍了在2019-2020年氘活动期间JET托卡马克中Alfvén本征模主动诊断（AEAD）操作期间观察到的模式激发的广泛分析结果。八个环形间隔天线，每个独立的功率和相位，六个成功地在479等离子体中积极激发稳定的MHD模式。总共有4768个磁共振被多达14个快速磁探针检测到。在这项工作中，我们提出了计算的谐振频率$f_0$，阻尼率$γ< 0$，和环形模式数$n$，跨越参数范围$f_0 \approx$ 30 - 250 kHz，$-γ\approx$ 0 - 13 kHz，和$\vert n \vert \leq 30$。一般而言，共振频率与计算的环形Alfvén本征模频率之间以及AEAD应用的环形模数与激发共振的估计值之间存在良好的一致性。我们注意到数据库中的几个趋势：共振检测的概率随着等离子体电流和外部加热功率而降低;归一化阻尼率随着边缘安全因子而增加，但随着外部加热而降低。这些结果为准备未来的实验活动提供了关键信息，并在即将到来的DT活动期间更好地了解α粒子存在下Alfvén本征模的激发和阻尼物理，从而有信心地推断未来的托卡马克。
2020-07-18 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
Spatially Localized Particle Energization by Landau Damping in Current Sheets Produced by Strong Alfven Wave Collisions
理解磁化等离子体中湍流涨落的能量去除以及由此产生的等离子体组成粒子的扰动是太阳物理学和天体物理学的一个主要目标。以前的工作表明，对向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用-或阿尔芬波碰撞-是天体物理等离子体湍流的基本组成部分，并在强非线性极限下自然产生电流片。一个强阿尔芬波碰撞的非线性gyrokinetic模拟被用来检查阻尼的电磁波动和相关的粒子的自洽产生的电流片中发生的阻尼。一个简单的模型解释了由于无碰撞阻尼和相关的粒子阻尼所产生的能量流，以及随后通过碰撞使粒子能量热化。由平行电场包围的净粒子被示出为空间间歇性的，并且非线性演化在使空间非均匀性方面是必不可少的。使用最近开发的场粒子相关技术，我们表明，粒子共振的Alfven波在模拟中占主导地位的能量转移，最终证明朗道阻尼在空间间歇性阻尼的电磁波动和随之而来的粒子在这个强非线性模拟的阻尼起着关键作用。
2017-07-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear Damping and Field-aligned Flows of Propagating Shear Alfvén Waves with Braginskii Viscosity
Braginskii MHD提供了比经典MHD更准确的描述许多等离子体环境，因为它使用来自物理原理的闭合来积极地处理应力张量。然而，应力张量效应仍然相对未探索的太阳磁流体现象，特别是在非线性制度。本文分析探讨非线性阻尼和纵向流动的传播剪切阿尔文波。以往对Braginskii MHD中MHD波的研究大多考虑了消失波扰动的严格线性极限。我们发现，这些以前的线性结果只适用于阿尔文波振幅的电晕是如此之小，是没有什么兴趣，通常是一个波的能量小于$10^{-11}$倍的背景磁场的能量。对于观测到的波振幅，Braginskii粘性耗散的日冕Alfvén波是非线性的和$10^9$周围的一个因素比预测的线性理论。此外，在线性化解中，主导阻尼通过平行粘性系数$η_0$而不是垂直粘性系数$η_2$发生。本文发展了非线性理论，指出波能密度随包络线$(1+z/L_d)^{-1}$衰减。阻尼长度$L_d$表现出最佳阻尼解，超过该阻尼解，随着粘性力自组织纵向流以抑制阻尼，更大的粘性导致更低的耗散。虽然非线性阻尼大大超过线性阻尼，它仍然可以忽略不计的许多冠状应用。
2023-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Cosmic ray streaming in the turbulent interstellar medium
本文研究了$-100~$ GeV宇宙射线在湍流星际介质中的流动不稳定性及其阻尼。我们发现流不稳定性的阻尼主要由弱电离分子云中的离子-中性碰撞阻尼、高电离暖介质中的湍流阻尼和星系晕中的非线性朗道阻尼所控制。只有在星系晕中，CR的流动速度接近阿尔文速度。Alfvénic湍流通过磁场线缠结在抑制流动不稳定性和调节流动CRs扩散方面起着重要作用，流动CRs在观测坐标系中的有效平均自由程由超Alfvénic湍流的Alfvénic尺度决定.得到的扩散系数对Alfvén马赫数很敏感，在多相ISM中，Alfvén马赫数具有很大的取值范围。超Alfvénic湍流有助于流动CR的额外限制，无论占主导地位的阻尼机制。
2022-01-20 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Mode Converting Alfvén Waves from Magnetic Reconnection Enhancing the Energy Source for the Aurora Borealis
以往的研究表明，在磁重联过程中产生的霍尔磁场结构被动力学阿尔文波（KAW）带走。在这里，我们应用一个动力学模拟与离子/电子质量比接近其自然值，并发现大大降低阻尼率允许KAW转换成剪切阿尔文波（SAW）。对于磁尾重联，这些SAW提供了波能的有效传输，增强了北极光的能量输入，其数量级高于先前的估计。
2020-04-24 physics.plasm-ph
Calculation of toroidal Alfvén eigenmode mode structure in general axisymmetric toroidal geometry
本文发展基于理想 MHD 的 FALCON 工作流程，在气球模空间耦合求解 SAW 与 ISW，并用于正、负三角变 DTT 平衡中的 TAE 频率、模结构及连续谱阻尼计算。
2024-04-09 physics.plasm-ph
Analysis of Alfven Eigenmodes destabilization by energetic particles in Large Helical Device using a Landau-closure model
在核聚变实验中，高能粒子布居可以通过反朗道阻尼和与剪切Alfv ' en连续介质中的隙模耦合来破坏Alfv' en本征模的稳定性.我们使用简化的MHD方程来描述一个完整的三维系统中的极向通量和涡度的环向分量的线性演化，再加上高能粒子的密度和平行速度矩方程。我们加入了朗道阻尼和共振失稳效应的封闭关系。我们应用该模型研究了大螺旋装置（LHD）内移位形中Alfven模的稳定性，在一系列实际数值下进行了参数分析，包括高能粒子$β$（$β_{f}$）、高能粒子热/Alfven速度比（$V_{th}/V_{A0}$）、磁Lundquist数（$S$）和环形模（$n$）.尽管$n = 3$和$n = 4$ TAE受到弱扰动，但$n = 1$和$n = 2$ TAE不稳定。最不稳定的配置与等离子体核心中高能粒子的密度梯度有关：即使对于小的高能粒子群，如果它们的热速度低于$0.4$乘以Alfven速度，TAE也会不稳定。在LHD中测得的MHD爆发的频率范围为$n=1$的$50-70$ kHz和$n=2$ TAE的$60-80$ kHz，与模型预测一致。
2017-04-05 physics.plasm-ph
Effects of wave damping and finite perpendicular scale on three-dimensional Alfven wave parametric decay in low-beta plasmas
本文首次通过三维开放边界混合模拟研究低β等离子体中动理学阿尔芬波参量衰变不稳定性，揭示波阻尼（碰撞阻尼、几何衰减和离子朗道阻尼）是限制其激发的关键因素，而垂直波尺度本身影响不显著。
2024-05-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comprehensive evaluation of the linear stability of Alfvén eigenmodes driven by alpha particles in an ITER baseline scenario
阿尔文本征模的线性稳定性在聚变产生的α粒子的存在下进行了彻底评估的两个变种的ITER基线方案，这在他们的核心和基座温度显着不同。一个系统的方法，考虑所有可能的本征模为一个给定的磁平衡，并确定其增长率由于α粒子驱动器和朗道阻尼燃料离子，氦灰和电子。这种广泛的稳定性研究是有效地进行，通过使用一个专门的工作流程，从混合MHD漂移动力学代码$\mbox{CASTOR-K}$（Borba D.和Kerner W. 1999 J. Comput.物理学${\bf 153}$ 101; Nabais F. ${\it et\,al}$ 2015血浆科学技术${\bf 17}$ 89），其可以快速评估本征模的线性增长率。结果发现，在上述ITER方案中增长最快的不稳定性是核心本地化，低剪切环形阿尔文本征模。最大的增长率发生在具有较高的核心温度的方案变体中，其具有最高的α粒子密度和密度梯度，对于具有环形模式数$n\approx30$的本征模式。虽然这些本征模遭受显着的辐射阻尼，这也是评估，它们的增长率仍然大于那些最不稳定的本征模中发现的ITER基线方案的变化与较低的核心温度，有$n\approx15$，不受辐射阻尼。
2016-01-25 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
Kinetic Alfvén waves in the temperature anisotropic space plasma with a kappa-Maxwellian distribution
Tianjin University（天津大学）；Civil Aviation University of China（中国民航大学）
研究了温度各向异性空间等离子体中κ-麦克斯韦分布对动能阿尔文波和修正离子声波色散和阻尼率的影响，发现其波频和阻尼率在不同波区存在差异。
2025-12-10 physics.plasm-ph physics.space-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
Heating of ions by low-frequency Alfvén waves in partially ionized plasmas
在太阳大气中，色球和日冕等离子体比可见光球热得多。太阳大气的加热，包括部分电离的色球层和日冕，在很大程度上仍然未知。本文证明了在部分电离的低β等离子体中，离子可以被频率很低的阿尔文波加热。这不同于其他阿尔文波相关的加热机制，如离子中性碰撞阻尼的阿尔文波和加热所描述的共振阿尔文波加热以前的工作。在本文中，我们发现在部分电离的等离子体中，非共振Alfvén波加热的效率比没有离子-中性粒子碰撞时低，并且加热效率取决于离子-中性粒子碰撞频率与离子回旋频率的比值.
2011-03-17 physics.plasm-ph
Heating of Magnetically Dominated Plasma by Alfvén-Wave Turbulence
天体物理致密天体周围的磁能可以强烈地支配等离子体静止质量。从这些系统中观测到的辐射可能是由阿尔文波湍流的耗散提供的，阿尔文波湍流级联成小的阻尼尺度，为等离子体提供能量。我们使用3D动力学模拟来研究这个过程。当级联自然激发时，通过碰撞大尺度Alfvén波，我们观察到准热加热，没有非热粒子加速。我们还发现粒子沿着磁场被激发，因此是同步辐射的不良生产者。在低等离子体密度，我们的模拟表明过渡到“电荷饥饿”级联，具有明显的阻尼机制。
2022-05-13 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Modulation of kinetic Alfvén waves in an intermediate low-beta magnetoplasma
研究了中等强度低β磁等离子体中非线性动力学Alfv{é}n波的振幅调制。从一组耦合到麦克斯韦方程组的流体方程出发，我们推导出一组耦合的非线性偏微分方程（PDE），该方程控制等离子体中KAW包络的演化。然后利用耦合偏微分方程导出的非线性薛定谔（NLS）方程研究了这种KAW包络的调制不稳定性（MI）。结果表明，当Alfv{é}n与离子声速（IA）的特征比值$(α)$大于或小于某一临界值时，KAWs既可以演化为亮包络孤子，也可以发生衰减.参数$α$也被发现移动MI域周围的$k_xk_z$平面，其中$k_x~(k_z)$是KAW数垂直（平行）的外部磁场。得到了磁感应强度的增长率，以及频率偏移和能量转移率，并进行了分析。这些结果对于理解空间等离子体中亮、暗包络孤子的存在和形成，以及KAW包络的衰减等都是有用的，行星际空间、太阳风等。
2018-05-10 physics.plasm-ph
Analysis of Alfven Eigenmodes destabilization by energetic particles in TJ-II using a Landau-closure model
中性束注入（NBI）加热等离子体中的高能粒子可以通过与剪切阿尔芬连续带中的间隙模耦合和反朗道阻尼来破坏阿尔芬本征模（AE）的稳定性。我们描述的线性演化的极向通量和环向分量的涡在一个完整的三维系统中使用约化的MHD方程，密度和平行的速度矩的高能粒子，以及测地声波动力学。封闭关系在模型中加入了朗道阻尼和共振失稳效应。我们应用该模型研究了TJ-Ⅱ中Alfven模的稳定性，对高能粒子$β$（beta_f）、热/Alfven速度比（Vth/VA_0）、高能粒子密度分布和环形模（n）（包括环形和螺旋耦合）的一系列实际值进行了参数分析。该研究预测了不同的环形模式和螺旋阿尔芬本征模（HAE）的不稳定与频率类似的TJ-II中测得的AE活动，在50 - 400 kHz之间的大螺旋耦合。分析还揭示了GAE（整体阿尔芬本征模），TAE（环形阿尔芬本征模）和EAE（高能粒子模）的不稳定性。对于这里考虑的模式，优化的TJ-II操作需要在[0.845，0.979]范围内的iota曲线，以稳定内部和中间等离子体中的AE。血浆外周中的AE不能完全稳定，尽管对于iota = [0.945，1.079]的配置，仅n= 7，11，15 AE不稳定，与标准iota = [1.54，1.68]情况相比，增长率小4倍，频率为100 kHz。我们再现的频率扫描演变的AE频率在TJ-II中观察到的iota配置文件是不同的。声发射频…
2017-08-07 physics.plasm-ph
Amplitude limits and nonlinear damping of shear-Alfvén waves in high-beta low-collisionality plasmas
这项工作扩展了Squire等人[ApJL，830 L25（2016）]，探索了自生压力各向异性对低碰撞等离子体中线性偏振剪切Alfvén波动的影响。这样的各向异性导致严格的限制，在高β等离子体中的磁扰动的幅度，在此之上的波动可以通过平行消防水龙带不稳定性本身不稳定。这导致波的频率接近零，“中断”波并停止其振荡。这些影响进行了详细探讨，在碰撞和弱碰撞“Braginskii”制度，驻波和行波。重点是简化模型在一个维度上，尺度远大于离子回旋半径。这种效应对在许多天体物理等离子体中普遍存在的高β条件下的磁化湍流物理学有着有趣的影响。
2017-01-11 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetically modified parametric instabilities of circularly-polarized Alfven waves: Ion kinetic effects
在离子和无质量电子流体的一维Vlasov描述的框架内，研究了均匀背景等离子体中平行传播的圆偏振有限振幅Alfven波的参数不稳定性，从而包含了纵向动力学扰动（离子朗道阻尼）。本发明的制剂还包括霍尔效应。所得结果与以往的相关分析吻合较好，表明当纵向动力学效应“被动”作用时，纵向动力学效应在Alfven波的参数不稳定性中起重要作用。此外，存在的动力学参数不稳定性被确认为小子波波的制度。这些不稳定性的增长率是敏感的离子温度。本文的公式和结果可应用于在太阳风和地球前震区观测到的阿尔芬波。
2006-12-14 physics.plasm-ph
Compressional Alfvén eigenmodes excited by runaway electrons
在磁聚变实验中观测到了高能离子驱动的压缩Alfvén本征模。在本文中，我们表明，模式也可以由失控的电子在破裂后等离子体中形成，这可以解释动力学不稳定性与大量的气体注入DIII-D破坏实验中观察到的驱动。模式结构的计算，是与实验观察一致的频率。使用从动力学模拟获得的逃逸电子分布函数，模式生长率计算和发现超过碰撞阻尼率时，逃逸电子密度超过阈值。CAE的激发提出了一种新的可能途径，以减轻种子逃逸电子在电流猝灭和超越雪崩。
2020-10-02 physics.plasm-ph
Phase mixing of propagating Alfv{é}n waves in a single-fluid partially ionized solar plasma
本研究针对太阳大气加热问题，采用单流体近似研究部分电离等离子体中Alfvén波的相位混合阻尼，发现部分电离下阻尼长度更短，特定电离度范围的波可提供足够加热平衡宁静太阳色球辐射损失。
2023-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Observing Particle Energization above the Nyquist Frequency: An Application of the Field-Particle Correlation Technique
场-粒子关联技术利用单点测量来揭示湍流空间等离子体中各种粒子湍流机制的特征。朗道阻尼电子的签名已被发现在模拟和使用这种技术从地球的磁鞘观测，但航天器采样率的仪器限制提出了一个挑战，以发现朗道阻尼存在的全部范围内的太阳风。理论预测，场-粒子相关性可以恢复速度空间的衰减特征，即使是从相对于波阻尼发生的特征频率欠采样的数据中。为了验证这一假设，我们进行了高分辨率的gyrokinetic模拟的空间等离子体湍流，确认它包含电子朗道阻尼的签名，然后系统地降低时间分辨率的数据，以确定点的签名变得不可能恢复。我们发现结果支持我们的理论预测，并寻找一个经验法则，可以与航天器任务的测量能力相比，通知应用场粒子相关性的过程中，低时间分辨率的数据。
2022-03-31 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
Relativistic Alfvén turbulence at kinetic scales
本文通过唯象建模与粒子模拟研究强磁化相对论性等离子体中动理学尺度的阿尔芬湍流，提出其能谱接近 $k^{-3}$ 并类比二维涡量级联的 Kraichnan 谱，同时发现粒子沿背景磁场被强烈加速形成具有普适对数正态统计的一维动量分布。
2024-04-02 physics.plasm-ph
Towards a Simple Model of Compressible Alfvenic Turbulence
本文研究了磁化系统中一个简单的无碰撞、耗散、可压缩MHD湍流模型。与更熟悉的湍流范例相反，耗散来自朗道阻尼，通过非线性进入，并分布在所有尺度上。该理论预测，两个不同的制度或阶段的湍流是可能的，这取决于陡峭的阻尼系数（m_1/m_2）的比率。对于强阻尼（|m_1/m_2| <1），预测了平滑的流体动力学湍流的状态。为|m_1/m_2|>1，在水动力极限下不存在稳态湍流。相反，预测的是尖峰状的小尺度结构。
1997-07-26 adap-org astro-ph nlin.AO
Parametric Decay Instability and Dissipation of Low-frequency Alfvén Waves in Low-beta Turbulent Plasmas
利用三维混合模拟方法研究了湍流低β等离子体背景中圆偏振Aflvén波的参量衰减不稳定性（PDI）的演化。结果表明，湍流降低了PDI的增长率相比，线性理论预测，但PDI仍然可以存在。有趣的是，与线性弗拉索夫预测相比，离子声模式的阻尼率（作为PDI的产物）也减小。然而，由于离子声波的共振朗道阻尼，观察到在平行于背景磁场的方向上的离子的显著加热。在低β湍流等离子体中，与传统的湍流耗散模型不同，PDI能在远大于离子动力学尺度的尺度上为低频Alfvén波的能量耗散提供重要的通道.
2018-01-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluid theory of coherent magnetic vortices in high-beta space plasmas
在地球和土星的磁鞘和太阳风中的原位观测揭示了阿尔文涡旋的存在，它是从流体长度到几个离子长度的尺度范围内的间歇性结构。密度和与之相关的磁场对于较高的等离子体β似乎是可压缩的。到目前为止，只知道不可压缩的阿尔文涡。受空间等离子体观测的启发，我们提出了一个新的高β等离子体中磁涡旋的模型，该模型具有各向异性的温度，可压缩的密度和磁场，其典型的尺寸范围从流体到离子尺度。在磁流体尺度下，我们发现了新的非传播场对准圆柱形单极子和倾斜的传播偶极子。它们的横向磁场和速度波动是一致的，但不是完全相同的，{它们表现出密度和可压缩磁场波动$δn$和$δB_\Vert$局限于涡核内部。在存在热各向异性和声学效应的情况下，它们可能是相关的或反相关的$δn/δB_\Vert={\rm constant}\gtrless 0$ ;沿磁场的速度低于离子热速度的波动总是相关的。在离子或动力学尺度上（具有最小半径$\sim c/ω_{pi}, ρ_{L i}$）{并且在没有声学扰动的情况下}，只有偶极阿尔文涡旋以与流体尺度下的那些涡旋相似的性质存活，除了它们的$δn/n_0$达到$δB_\Vert/B_0$的水平。在动力学尺度上，我们也发现压力平衡的偶极结构，具有有限的平行电场$E_\Vert$和纯压缩磁场扰动。
2020-04-15 physics.plasm-ph
Identification of the weak-to-strong transition in Alfvénic turbulence from space plasma
利用四颗Cluster航天器首次在地球磁鞘中观测到MHD湍流的Alfvénic弱到强转变，揭示了非线性相互作用在能量级联中的关键作用，对恒星形成和太阳风加热等领域具有广泛影响。
2024-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Analytic stability boundaries for compressional and global Alfvén eigenmodes driven by fast ions. II. Interaction via Landau resonance
净快离子驱动的条件来自束驱动，共同传播，亚回旋压缩（CAE）和全球（GAE）阿尔文本征模式驱动的朗道共振与超阿尔文快离子。近似适用于现实的中性束流分布和模式的特点，在球形托卡马克中观察到的，使这些模式的边际稳定性条件的推导。这样的条件成功地再现了从局部快速离子驱动/阻尼的精确表达式的数值积分中找到的稳定性边界。由于有限的$ω/ω_{ci}$和$k_\parallel/k_\perp$的色散CAE和GAE分支之间的耦合被保留，并发现是负责通过这种共振的GAE不稳定性的存在。令人鼓舞的协议之间的近似稳定性准则，模拟结果，和合作CAE的NSTX观测数据库。
2019-09-12 physics.plasm-ph
Collisionless Dissipative Nonlinear Alfven Waves: Nonlinear Steepening, Compressible Turbulence, and Particle Trapping
可压缩等离子体中非线性Alfven波的磁能可能只与离子声准模有质动力耦合，这些准模调制波的相速度并引起波前变陡。在含有$β\not=0$的无碰撞等离子体中，非线性Alfven波的动力学也受到共振粒子-波相互作用的影响。在相对快速的演化（与粒子反弹时间相比）后，准驻波结构，与所谓的（Alfvenic）旋转不连续性相同，形成，其出现和动力学以前尚未被理解。非线性阿尔芬波的无碰撞（朗道）耗散也是太阳风加热的一种合理而自然的机制。将强的可压缩Alfvenic湍流看作是随机相互作用的Alfvenic间断和非线性波的集合，结果表明存在两个不同的湍流相。什么样的相位实现取决于这种无碰撞阻尼是否足够强，以在所有尺度上提供足够的能量汇，从而支持波能的稳态级联。然而，在长时间渐近中，粒子分布函数受波磁场的影响。在这个制度的非线性朗道阻尼，共振粒子被困在准静态Alfvenic不连续性，从而导致形成一个平台上的分布函数和淬火无碰撞阻尼。使用维里定理被困粒子，它分析表明，它们对非线性动力学的这种不连续性的影响是不平凡的，并迫使显着偏离传统的范式的理论。
1999-01-19 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
The impact of nonlinear Landau damping on cosmic ray streaming and the role of external turbulence
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)（波茨坦阿斯特rophysik莱布尼茨研究所）
该研究通过流体-PIC模拟，探究非线性朗道阻尼对宇宙射线外流的影响，发现其并非外流不稳定性的本征饱和机制，仅在外湍流存在时起作用，且可通过波谱预测饱和漂移速度。
2026-10-16 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fluid Models for Kinetic Effects on Coherent Nonlinear Alfven Waves. II. Numerical Solutions
利用一个新的动力学非线性薛定谔（KNLS）方程，系统地研究了有限β环境中有限振幅Alfvenic波列的非线性演化过程中各种动力学效应（如朗道阻尼、扩散和碰撞耗散以及有限Larmor半径项）的影响.阿尔芬波的动力学对偏振的意义以及相对于环境磁场的传播角度是敏感的。朗道阻尼的情况下的数值解揭示了耗散结构的形成，这是准静态的，S-极化方向（和旋转）的不连续性，自组织从平行传播，线性极化波。平行传播的圆偏振波包在大尺度上演化为几个圆偏振阿尔芬谐波。静止的电弧极化旋转不连续性由倾斜传播的波形成。碰撞耗散，即使很弱，也会在β非常接近1时引入增强的波阻尼。回旋运动对共振粒子相互作用的影响将回旋共振引入到非线性阿尔芬波动力学中。
1996-12-31 adap-org astro-ph nlin.AO
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
Driven phase-mixed Alfvén waves in a partially ionized solar plasma
该研究采用单流体模型模拟部分电离色球等离子体，比较脉冲与连续驱动器下剪切 Alfvén 波的相位混合，揭示电离度、速度梯度及能量注入对耗散和加热的影响。
2025-06-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear and Non-Linear Landau Resonance of Kinetic Alfvén Waves: Consequences for Electron Distribution and Wave Spectrum in the Solar Wind
研究了太阳风中的动力学Alfven波湍流，结果表明非麦克斯韦电子分布函数对太阳风等离子体动力学有重要影响。线性朗道阻尼导致平行电子分布函数中的平台的形成，其显著减小朗道阻尼率。波的非线性散射等离子体粒子被推广到短波长，它被发现，对于太阳风参数，这种散射是占主导地位的过程相比，三波衰减和合并的波矢量范围。合并这些影响导致陡峭的频谱之间的惯性和耗散范围的频谱指数在2和3之间。该区域可以被标记为散射范围。在太阳风等离子体中已经观察到这种陡峭化。
2010-08-05 astro-ph.SR 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
Evidence for Electron Landau Damping in Space Plasma Turbulence
湍流能量如何在弱碰撞空间和天体物理等离子体中耗散是一个重要的问题。在这里，我们提出了一个场粒子相关技术的应用，直接测量地球的磁鞘，该地区的太阳风下游的地球的弓形激波的湍流电磁场和电子之间的能量转移。从平行的电场作为电子速度的函数的长期的能量转移的测量示出了与朗道阻尼一致的签名。这个签名是连贯的，随着时间的推移，接近预测的共振速度，类似于动力学Alfvén湍流模拟中看到的，并在相位随机化下消失。这表明，电子朗道阻尼可以在湍流等离子体加热中发挥重要作用，该技术是一个有价值的工具，用于确定粒子的通电过程中运行的空间和天体物理等离子体。
2019-02-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Effects of Non-Equilibrium Velocity Distributions on Alfvén Ion-Cyclotron Waves in the Solar Wind
本研究利用ALPS求解器对比太阳风质子实测VDFs与双麦克斯韦拟合VDFs的阿尔文模特性，发现VDF结构对波增长/阻尼率影响显著，解释了双麦克斯韦模型不稳定性阈值无法完全约束观测的问题。
2023-08-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fast Zonal Field Dynamo in Collisionless Kinetic Alfven Wave Turbulence
论证了无碰撞动力学阿尔芬波湍流产生快速发电机作用的可能性。电子朗道阻尼提供了锁定所产生的场所需的不可逆性，因此感应电场不会随电阻率而消失。的系统和这些结果的关系的理论的α淬火的自我调节机制进行了讨论。发电机产生的场具有类似于纬向流的对称性，因此称为纬向场。
2001-01-10 astro-ph physics.plasm-ph
