Connection between quasi-symmetric magnetic fields and anisotropic pressure equilibria in fusion plasmas
仿星器作为一种磁约束聚变概念，需要精心设计才能有效地约束粒子。一种可能的设计是使磁场具有一种称为准对称的性质。虽然人们普遍认为，稳态准对称平衡只能是精确的局部（除非系统有一个连续对称的方向，如托卡马克），我们建议在这项工作中，在平衡范式的变化可以改善这种限制。我们证明，存在着一个深的物理联系之间的准对称性和静磁平衡各向异性压力，延伸超出各向同性的压力平衡通常被认为是。
2022-02-01 physics.plasm-ph
Bayesian neural network for plasma equilibria in the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research
聚变梯度等离子体是物理上复杂的复杂系统之一，为了对核聚变反应堆进行彻底的控制，人们不断地建立起对不清楚的物理现象的等离子体理论。深度学习已经引起了人们对受控聚变等离子体领域的广泛关注，将物理现象与控制相关参数联系起来，而无需加深对等离子体理论的理解。尽管如此，量化深度学习模型的不确定性一直被要求，因为它们缺乏物理理解。因此，提出了一种能够呈现其概率分布的可靠深度学习模型的概念，以及在模型中灌输物理理论的方法。
2023-01-27 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with pressure anisotropy and plasma flow
本文导出了具有各向异性压力和任意方向不可压缩流的轴对称环形等离子体平衡的广义Grad-Shafranov方程。该方程包括六个自由表面函数和恢复已知的梯度Shafranov方程在文献中，以及通常的静态，各向同性的。广义方程的形式表明，压力各向异性和流量的平衡作用相加。此外，两套解析解，一个扩展的Solovev一个等离子体到达分界线和扩展的Hernegger-Maschke一个等离子体周围的一个固定的边界拥有一个X-点，构造，特别是在相关的ITER和NSTX托卡马克。此外，压力各向异性和等离子体流对这些平衡的影响进行了检查。事实证明，取决于各向异性函数的最大值和形状，各向异性可以表现为顺磁性或抗磁性。此外，在大多数情况下，考虑的各向异性和流量有更强的影响NSTX平衡比ITER的。
2016-03-01 physics.plasm-ph
Recent Developments in Bayesian Inference of Tokamak Plasma Equilibria and High-Dimensional Stochastic Quadratures
本文介绍了以力平衡为先验约束的托卡马克平衡贝叶斯推断的最新结果和技术突破。围绕模型参数表示和后验分析的问题进行了讨论和解决。这些观点激发了贝叶斯平衡分析和模拟工具（BEAST）软件的最新进展，该软件目前用于研究英国兆安培球形托卡马克（MAST）实验的平衡（von Nessi \emph{et. al.} 2012 \emph{J. Phys. A} \textbf{46} 185501）。国家的最先进的结果，使用BEAST研究MAST均衡进行了审查，与最近的代码进展被系统地提出，虽然出的手稿。
2014-05-24 physics.plasm-ph
Quantifying experimental edge plasma evolution via multidimensional adaptive Gaussian process regression
托卡马克等离子体的边缘密度和温度与能量和粒子约束密切相关，它们的量化是理解边缘动力学的基础。这些量表现出的行为范围从急剧的等离子体梯度和快速瞬态现象（例如，低和高约束制度之间的过渡），以标称固定相。因此，实验边缘测量分析需要强大的拟合技术来捕捉潜在的僵硬时空演变。此外，聚变等离子体诊断不可避免地涉及测量误差，并且数据分析需要统计框架来准确地量化不确定性。本文概述了一个广义多维自适应高斯过程例程能够自动处理噪声数据和时空相关性。我们专注于边缘基座区域，以强调在定量的等离子体的时间依赖性的配置文件，包括传输势垒的形成上的Alcator C-Mod托卡马克的进步。
2021-03-01 physics.plasm-ph
Beltrami-Bernoulli Equilibria in Plasmas with Degenerate Electrons
研究了一类新的由电子简并压力维持的双Beltrami-Bernoulli平衡。结果表明，由于电子的简并性，即使在零温等离子体中，也可能存在非平凡的Beltrami-Bernoulli平衡态。这些状态，概念上，研究表明，存在新的能量转换途径，例如，简并能量转换成流体动能。这种状态可能与致密天体有关，如白矮星、中子星等。
2015-02-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Bayesian equilibria of axisymmetric plasmas
本文提出一种贝叶斯方法，从磁场和压力测量中推断轴对称等离子体平衡态，利用高斯过程建模并引入MHD力平衡约束，通过吉布斯采样探索后验分布。
2022-06-28 physics.plasm-ph
Toroidal equilibria in spherical coordinates
轴对称环形等离子体平衡的标准Grad-Shafranov方程通常表示在具有环形轮廓的柱坐标系中，并通过该方程求解基准平衡。提出了一种在球坐标系下求解Grad-Shafranov方程的方法。这个方程，在球坐标系中，检查环形的解决方案来描述低$β$ Solovev和高$β$等离子体平衡的初等函数。
2009-02-02 physics.plasm-ph
Influence of rotation on axisymmetric plasma equilibria: double-null DTT scenario
该研究通过两种齐次解形式解析求解旋转情形下的Grad-Shafranov方程，分析环向旋转对托卡马克等离子体平衡的影响，验证了DTT实验双零位形与不同等离子体速度的兼容性。
2021-07-05 physics.plasm-ph
Kinetic equilibria of relativistic collisionless plasmas in the presence of non-stationary electromagnetic fields
本文在协变回旋动力学框架下研究相对论无碰撞等离子体在非平稳电磁场中的动力学平衡，发现空间对称系统中存在新平衡态，并建立了绝对稳定性判据。
2023-06-17 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
GSPD: An algorithm for time-dependent tokamak equilibria design
提出GSPD算法，用于设计时变托卡马克平衡，同时满足力平衡和导体电路动力学，代码开源。
2023-06-22 physics.plasm-ph
Rotation of Tokamak-Plasmas out of Mechanical Equilibria, in Absence of External Torques
利用Prigogine建立的热力学定理，研究了托卡马克等离子体的旋转，而不是在机械平衡。这个定理，适用于环形约束等离子体，表明全球重心旋转的等离子体，在环向和极向方向，是纯粹的可逆过程。在粘性可以忽略不计的情况下，通过假设内力平衡方程的有效性，我们证明了等离子体，即使不处于力学平衡，也可以作为一个刚体在环向自由旋转，其角频率为，其角频率可能高于新古典估计。此外，它的环向旋转可能导致等离子体在极向方向上以比新经典理论所发现的表达式更快的速度全局旋转。当环向和极向角频率达到使耗散最小的值时，获得最终的配置。
2012-11-13 physics.plasm-ph
Relaxed plasma equilibria and entropy-related plasma self-organization principles
回顾了等离子体弛豫作为一种约束能量最小化的概念。最近的工作，作者推广这种方法部分放松的三维等离子体系统的方式与混沌理论相一致的讨论，以澄清热力学方面的变分方法。其他熵相关的方法来寻找长时间的稳定状态的湍流或混沌等离子体系统也简要回顾。
2008-10-05 nlin.AO nlin.CD physics.plasm-ph
Kinetic axi-symmetric gravitational equilibria in collisionless accretion disc plasmas
本文对致密天体周围吸积盘中的动力学平衡作了理论处理，在这种情况下，等离子体可以被认为是无碰撞的。等离子体被假定为轴对称的，并采取行动的引力场和电磁场，在本文中，被认为是特殊的情况下，磁场承认一个家庭的环形磁表面，这是局部相互嵌套和封闭。指出存在以广义双麦克斯韦分布函数为代表的渐近动力学平衡，其特征主要是环向微分转动和温度各向异性。据证实，这种类型的动力学平衡可以存在，能够维持环形和极向电流密度，后者是通过有限的Larmor半径与温度各向异性的影响。这导致存在新的动力学效应的可能性-在此称为\textquotedblleft动力学发电机效应\textquotedblright \ -导致即使通过静止等离子体也能自生成环形磁场，而不需要任何净径向吸积流。详细讨论了这些平衡点的产生条件、基本理论特征和物理性质。
2010-06-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A special exact class of three-dimensional equilibria of a magnetized plasma exhibiting closed and nested toroidal magnetic surfaces
University of Ioannina（伊奥安尼纳大学）；Democritus University of Thrace（色雷斯德谟克利特大学）
通过正弦扰动构建具有压力各向异性和闭合嵌套托卡马克磁面的三维平衡态，揭示磁岛和随机区域的形成及等磁面与准对称性的关系。
2026-08-14 physics.plasm-ph
Electron Self-injection in Multidimensional Relativistic Plasma Wakefields
本文提出了一个在气泡区由短激光脉冲激发的非线性多维等离子体波或在井喷区由短电子束激发的非线性多维等离子体波中电子自注入的解析模型。在这种情况下，这是典型的电子加速在最后的实验中，激光辐射压力或电子束电荷推出背景等离子体电子形成一个等离子体腔-气泡-与一个巨大的离子电荷。等离子体电子可以被捕获在气泡中，并被等离子体尾场加速到非常高的能量。该模型预测了电子捕获的条件和捕获的截面的气泡半径和气泡速度。所得结果与三维粒子模拟结果吻合较好。
2009-05-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
New Exact Plasma Equilibria with Axial and Helical Symmetry
本文给出了轴向和螺旋形简化系统的静力平衡磁流体动力学方程的精确解，并讨论了它们之间的关系。对于这两种对称性，物理限制的解决方案进行了讨论，可以看出，出现了两个不同的家庭的物理解决方案，对应于两个不同的压力分布。一种适用于大气限制的等离子体，而另一种适用于驻留在真空中的等离子体。对于真空中的解决方案，径向依赖性被发现表现为周期性的轴对称和螺旋对称。对于这些物理解，只能考虑某个选定区域内的截断解。然后，磁场边界可以由电流片来描述。在文章的最后，将这些静力平衡解转化为非零流速解。
2022-03-26 physics.plasm-ph
Accelerated Bayesian inference of plasma profiles with self-consistent MHD equilibria at W7-X via neural networks
针对W7-X高计算成本问题，将物理正则化NN模型与贝叶斯框架Minerva耦合，实现快速且稳健的等离子体参数自洽MHD推断，在保证精度的同时将推断时间缩短两个数量级以上，支持放电间隙分析。
2023-05-22 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with pressure anisotropy and plasma flow
在这篇硕士论文中，我们研究了压力各向异性和任意方向的不可压缩流对磁约束轴对称环形等离子体平衡性质的影响。主要的新颖的贡献是推导出一个相关的广义梯度Shafranov方程。该方程包括六个自由表面函数和恢复已知的梯度Shafranov方程在文献中，以及通常的静态，各向同性的。广义方程的形式表明，压力各向异性和流量的平衡作用相加。此外，两套解析解，一个扩展的Solovev一个等离子体到达分界线和扩展的Hernegger-Maschke一个等离子体周围的一个固定的边界拥有一个X-点，构造，特别是在相关的ITER和NSTX托卡马克。此外，压力各向异性的影响，通过假设是均匀的磁表面上的各向异性函数，和等离子体流，通过Alfvenic马赫函数的变化，对这些平衡进行检查。事实证明，取决于各向异性函数的最大值和形状，各向异性可以表现为顺磁性或抗磁性。此外，在大多数情况下，考虑的各向异性和流量有更强的影响NSTX平衡比ITER的。我们推测这些效应可能对等离子体的稳定性和输运产生影响，并在托卡马克向改进约束机制的过渡中发挥作用。
2016-08-14 physics.plasm-ph
Numerical solutions of resistive finite-pressure magnetohydrodynamic equilibria for non-axisymmetric toroidal plasmas
开发了一种混合谱/有限元代码，通过结合双曲平行阻尼方程和动态电阻弛豫，无需假设嵌套磁通面即可数值求解非轴对称环形系统中的电阻性有限压力磁流体动力学平衡，并成功应用于stellarator、tokamak和reversed-field pinch等多种系统。
2024-12-25 physics.plasm-ph
From Single Helical relaxed states to helical equilibria
本文分析了R. Paccagnella，Phys. of Plasmas 23（2016）092512和所谓的“螺旋欧姆平衡”，即作为螺旋Grad Shafranov方程的解并且满足由欧姆定律施加的约束的等离子体状态。边缘稳定的螺旋平衡的存在清楚地表明，而欧姆约束是不完全满足建议的一阶微扰理论。然而，令人满意的模型预测与实验趋势相比。
2018-01-26 physics.plasm-ph
Single-Stage Stellarator Optimization: Combining Coils with Fixed Boundary Equilibria
提出一种单级仿星器优化方法，同时优化等离子体物理和线圈工程目标，通过二次磁通项惩罚边界与线圈不匹配，优于二级方法，适用于多种几何形状。
2023-04-25 physics.plasm-ph
Axisymmetric Plasma Equilibria with Toroidal and Poloidal Velocity Fields: Tokamak Relevant Configurations
我们分析了一个轴对称平衡的等离子体赋予环向和极向的速度场，其目的是表征的整体运动的形态上的磁约束的影响。我们构造我们的配置假设的极向速度场是对齐的极向磁场线，此外，我们要求等离子体质量密度依赖于磁通量函数（或等效地，等离子体流体是不可压缩的）。然后，我们推导出一种梯度Shafranov方程，这样的平衡，并将其实施到托卡马克相关的情况下，特别是参考TCV的配置文件。本研究的主要结果涉及的出现，在配置相关的双零配置文件，一个封闭的表面的零压力incorporating两个X点的磁配置。这种情况表明，可能存在一个新的制度的等离子体平衡，相应的改善等离子体约束附近的X点和随之而来的减少功率转移到托卡马克偏滤器。
2021-07-30 physics.plasm-ph
Multidimensional Plasma Wake Excitation in the Non-linear Blowout Regime
等离子体加速器可以维持非常高的加速梯度。它们是未来几代粒子加速器的有希望的候选者，用于一些科学，医学和技术应用。目前基于等离子体的加速实验在相对论范围内操作，其中等离子体响应是强非线性的。我们概述了这些制度的尾场激发的一些关键属性。我们概述了一个多维的理论与目前的实验等离子体尾场的激发。然后，我们使用这些结果，并提供设计准则的激光和等离子体参数的选择，确保一个稳定的激光尾场加速器，最大限度地提高质量的加速电子。我们还提到了与这项技术相关的一些未来挑战。
2020-07-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlocal adiabatic theory. II. Nonlinear frequency shift of an electron plasma wave in a multidimensional inhomogeneous plasma
在这篇文章中，我们提供了一个一般的推导的非线性频移，$δω$，正弦电子等离子体波（EPW），变化缓慢，足以在配套文件中得出的结果，在行动的分布函数，应用。我们首先考虑的情况下，当EPW单调增长，然后单调衰减的均匀等离子体。在这种情况下，我们在波的频率，它不收敛回其线性值作为波衰减到小振幅的滞后。然后，我们解决的$δω$的EPW，保持增长的一维（1-D）非均匀等离子体的推导。我们发现，通常情况下，频移不仅取决于当地的EPW振幅和波数。它还取决于密度变化的整个历史，正如波所经历的那样。在多维不均匀等离子体中，由$δω$假定的值通常不同于在1-D中导出的值，因为由于横向电子运动，除了等离子体不均匀性之外，还必须考虑$δω$中的滞后。因此，除非EPW在均匀的一维等离子体中保持增长，否则不能导出作为局部波振幅和波数的函数的$δω$ \textit{a priori}。由于作用量分布函数的非定域性，$δω$依赖于EPW振幅和等离子体密度变化的整个历史。
2017-09-15 physics.plasm-ph
Elliptic and hyperelliptic magnetohydrodynamic equilibria
本研究是以前的一个“超椭圆”轴对称平衡开始[Tasso和Throumoulopoulos，物理等离子体5，2378（1998）]的延续。具体地说，一些平衡与不可压缩流不对准的磁场和适当的侧边条件，如“等温”磁表面，“等动力”或P + B^2/2常数磁表面的限制被发现是可约化的椭圆积分。第三类恢复在[Schief，Phys. Plasmas 10，2677（2003）]中发现的最近的平衡。与场取向流相反，这里找到的所有解在磁轴附近的椭圆表面上具有非零的环形磁场。
2004-04-14 physics.plasm-ph
Axisymmetric hybrid Vlasov equilibria with applications to tokamak plasmas
本文推导了包含动能离子和无质量流体电子的混合 Vlasov 模型轴对称平衡方程，该系统由 Grad-Shafranov 方程和积分方程组成，可用于计算 tokamak 等离子体的平衡磁场和离子分布，并揭示了流体电子带来的极向电流分量。
2024-06-05 physics.plasm-ph
Neutral and non-neutral collisionless plasma equilibria for twisted flux tubes: The Gold-Hoyle model in a background field
我们计算精确的一维无碰撞等离子体平衡的磁通管模型的连续体，其中的总磁场是由“力自由”的黄金霍伊尔磁通量管嵌入在一个统一的和反平行的背景磁场。对于足够弱的背景磁场，总磁场的轴向分量在某个有限半径处反转。背景磁场的存在意味着整个系统不是完全无力的，但是通过减小其大小，可以使与无力的偏离尽可能小。每个物种的分布函数是三个运动常数的函数;即轴向和方位角方向的哈密顿量和正则动量。泊松方程和安培定律的精确求解，解决方案允许电中性或非中性的配置，这取决于散装离子和电子流的值。这些平衡在各种太阳、空间和天体物理学背景下以及在实验室中都有可能应用。
2016-09-20 physics.plasm-ph
On resistive magnetohydrodynamic equilibria of an axisymmetric toroidal plasma with flow
它表明，磁流体动力学平衡状态的轴对称环形等离子体具有有限的电阻率和平行于磁场的流动是由二阶偏微分方程的极向磁通量函数$ψ$耦合伯努利型方程的等离子体密度（这是相同的形式对应的理想MHD平衡方程）以及关系$Δ^\star ψ=V_c σ$。(Here，$Δ^\star$是Grad-Schlüter-Shafranov算子，$σ$是电导率，而$V_c$是恒定环形回路电压除以$2 π$）。特别地，对于不可压缩流，上述偏微分方程变成椭圆形，并且从伯努利方程[H. Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys. Plasmas { \bf 5}，2378（1998）]。对于形式为$σ=σ(R, ψ)$（$R$是到对称轴的距离）的电导率，可以构造几类具有不可压缩流的解析平衡，它们具有定性上合理的$σ$分布，即具有$σ$的分布在靠近磁轴处取最大值，在等离子体表面取最小值。对于$σ=σ(ψ)$，考虑磁轴附近的关系式$Δ^\starψ= V_c σ(ψ)$，可证明不存在可压缩或不可压缩平衡。这一结果可以推广到更一般的情况下，非平行流躺在磁表面。
2000-09-27 physics.plasm-ph
Nonlinear equilibria and transport processes in burning plasmas
本文基于带状态（ZS）概念提出轴对称托卡马克等离子体的一般相空间输运理论，通过推导粒子分布函数演化方程计算磁化等离子体平衡，并分析带状电磁场与测地声模的非线性物理以阐明理论意义。
2023-11-27 physics.plasm-ph
Cylindrical ideal magnetohydrodynamic equilibria with incompressible flows
本文证明了：（a）描述具有纯极向流和任意截面形状的圆柱形等离子体平衡态的理想磁流体动力学方程[G. N. Throumoulopoulos和G. Pantis，Plasma Phys.和P.F.Fusion 38，1817（1996）]对于轴向速度分量为自由表面量的不可压缩的平衡流也是有效的，并且（b）对于等温不可压缩平衡的情况，磁表面必须具有圆形截面。
1997-05-26 physics.plasm-ph
Thin current sheets caused by plasma flow gradients in space and astrophysical plasma
等离子体流中的强梯度在空间和天体物理等离子体中起着重要作用。典型的情况是静态等离子体平衡被等离子体流包围，这可以导致在具有不同磁拓扑的场线之间的分界线处的强等离子体流梯度，例如，行星磁层、日冕中的头盔流光，或日光层和星际介质之间的边界。在这项工作中，我们迈出了第一步，以了解这些流动的影响对发生电流片在一个稳定的状态的情况。在这里，我们集中在不可压缩的等离子体流动和二维平衡，这使我们能够找到固定的磁流体力学方程（SMHD）的解析解。首先，我们解决磁流体静力学（MHS）方程的帮助下的梯度Shafranov方程，然后我们把这些静态平衡到一个稳定的状态与等离子体流。我们特别感兴趣的是研究SMHD-平衡与强等离子体流梯度垂直于separatrices。我们发现，诱导薄电流片自然发生在这种情况下。感应电流的强度取决于阿尔文马赫数及其梯度，以及磁场。
2010-08-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Axisymmetric equilibria of a gravitating plasma with incompressible flows
研究发现，轴对称重力磁约束等离子体的理想磁流体动力学平衡是由一个二阶椭圆型微分方程控制的极向磁通量函数包含五个通量函数耦合的泊松方程的引力势，和一个代数关系的压力。这组方程可求得解析解.作为应用，Krasheninnikov，Catto和Hazeltine最近导出的极向等离子体电流消失的磁偶极子静态轴对称平衡[Phys. Rev. Lett. { \bf 82}，2689（1999）]的方法扩展到具有有限极向电流的等离子体，受到来自大质量物体（恒星或黑洞）的引力和由于不可压缩剪切流而产生的惯性力的影响。在两个区域中获得了显式解：（a）在低能区域$β_0\approx γ_0\approx δ_0 \approxε_0\ll 1$中，其中$β_0$、$γ_0$、$δ_0$和$ε_0$分别与归一化到极向磁场能量的热、极向电流、流动和引力能量有关，以及（b）在高能区域$β_0\approx γ_0\approx δ_0 \approxε_0\gg 1$中。事实证明，在高能区，所有四种力，压力梯度、环形磁场、惯性力和引力，对磁表面的形成都有同样的贡献，这些磁表面在对称平面上非常扩展和局部化，因此所产生的平衡类似于天体物理学中的吸积盘。
2001-04-23 physics.plasm-ph
The inverse problem for collisionless plasma equilibria
Vlasov-Maxwell平衡由电磁场实空间动力学的与时间无关的麦克斯韦方程组和无碰撞等离子体中粒子分布相空间动力学的Vlasov方程的自洽解描述。这两个系统（宏观和微观）通过麦克斯韦方程中的源项耦合，源项是粒子分布函数的速度空间“矩”积分的总和。本文认为“无碰撞平衡的逆问题”（IPCE），即“给定的信息关于一个特定的无碰撞等离子体平衡的真实空间/宏观配置，存在什么自洽的平衡分布？“我们使用”修改的麦克斯韦“分布函数和严格中性和空间一维等离子体的假设，发展了IPCE的运动常数方法。在这种情况下，IPCE形式上简化为Weierstrass变换的逆变换（Bilodeau，1962），例如在热/扩散方程的初值问题中具有特征的那些变换。我们讨论了IPCE的候选解必须满足的各种数学条件。一种可以用来反演维尔斯特拉斯变换的方法是厄米多项式的展开。基于Allanson等人的结果。（2016），我们确定在什么情况下通过这些方法获得的解收敛，并允许所有阶的速度矩。自从Bernstein等人（1957年）关于“静态”静电等离子体波的开创性工作以来，非负性的必要性质一直被认为是IPCE的任何候选解都不能满足的一个特征。我们还讨论了这个问题的背景下，我们的形式主义，磁化等离子体。
2017-10-13 physics.plasm-ph
Axisymmetric gravitational MHD equilibria in the presence of plasma rotation
在本文中，扩展了早期论文（Cremaschini等人，2008），我们提出的问题的动力学描述的引力霍尔-MHD平衡，可能会出现在吸积盘（AD）等离子体接近紧凑的对象。当中心物体产生强烈的电磁场和引力场时，可以在弗拉索夫-麦克斯韦描述的上下文中实现一个方便的方法。本文的研究主要集中在以下两个方面：1）G-Hall-MHD平衡的动力学处理公式。基于相关的第一运动积分的识别，我们表明，一个明确的表示可以给出平衡动力学分布函数。对于每个物种，这是表示为一个合适的广义麦克斯韦分布的叠加; 2）的动力学平衡的存在，以放置在流体场的约束的确定。特别是，这允许根据适当规定的通量函数来唯一确定物种数密度和流体分压的函数形式。
2008-06-30 astro-ph physics.plasm-ph
Relaxation to universal non-Maxwellian equilibria in a collisionless plasma
本文通过熵最大化方法研究无碰撞等离子体湍流弛豫，发现短时守恒的无碰撞不变量在强湍流下被驱动为普适形式，并通过一维静电束流不稳定性数值验证了粒子能量分布出现指数为-2的普适幂律尾部。
2024-09-03 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Exact hybrid-Vlasov equilibria for sheared plasmas with in-plane and out-of-plane magnetic field
混合Vlasov-Maxwell方程组适用于描述质子动力学尺度或更大尺度的磁化等离子体。一个精确的固定的解决方案是通过重温以前的结果与均匀密度剪切流，平行或垂直于均匀磁场，并通过适应的解决方案的混合弗拉索夫-麦克斯韦模型。通过对温度各向异性、旋向性和热通量的分析和数值研究，定量表征了平衡分布函数。在这两种情况下，在剪切区，速度分布显着偏离当地的热力学平衡。通过对混合Vlasov-麦克斯韦方程组的数值模拟，比较了通常的“类流体”平衡移动麦克斯韦解和精确定态解的时间行为.这些混合平衡态可以作为无扰状态用于许多涉及剪切流的问题，例如非均匀背景中的波传播和Kelvin-Helmholtz不稳定性的发生。
2018-03-27 physics.plasm-ph
On quasisymmetric plasma equilibria sustained by small force
我们构建光滑，非对称等离子体平衡，具有封闭的，嵌套的通量表面和解决磁流体静力学（稳定的三维不可压缩的欧拉）方程与一个小的力。解也是“近似”拟对称的。其基本思想是，给定一个所需的准对称方向$ξ$，改变空间上的光滑结构，使得向量场$ξ$对新度规是Killing的，并通过求解广义Grad-Shafranov方程，在此背景下构造磁流体静力学方程的$ξ$ -对称解.如果$ξ$接近于欧几里得空间的对称性，那么这些是平坦空间上的解，直到一个小的强迫。
2020-12-19 math-ph math.AP math.MP
Theory of spatially non-symmetric kinetic equilibria for collisionless plasmas
本文基于拉格朗日变分描述和非微扰回旋动理学理论，证明了无碰撞磁化等离子体中广义双麦克斯韦空间非对称动理学平衡的存在性，并揭示了其动理学发电机效应。
2023-06-30 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech math-ph
Long-living Equilibria in Kinetic Astrophysical Plasma Turbulence
该研究通过高分辨率模拟揭示了动能等离子体湍流中长寿命涡旋的形成机制，并将其与力自由状态联系起来，为理解天体物理现象提供了新视角。
2025-12-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Conditions for up-down asymmetry in the core of tokamak equilibria
为了确定托卡马克等离子体核心磁表面上下不对称性的关键参数，在磁轴周围寻求局部磁平衡解。的不对称性被发现基本上是由轴上流动的环形电流密度的比例的外部场的奇数扰动，管理传播到核心的等离子体边界的分数。预测进行了测试，并说明了第一次与分析Solovev平衡，然后使用实验相关的数值平衡。空心电流密度分布，因此反向磁剪切，被认为是至关重要的核心不对称值，通常只发现附近的等离子体边缘。
2013-08-22 physics.plasm-ph
Multidimensional Iterative Filtering: a new approach for investigating plasma turbulence in numerical simulations
湍流空间和天体物理等离子体表现出复杂的动力学，其中涉及不同的时间和空间尺度的非线性耦合。越来越多的证据表明，脉冲事件，如磁重联不稳定性，导致空间局部增强的能量耗散，从而加快在小尺度上的能量转移。捕捉如此多样化的动态是具有挑战性的。在这里，我们采用多维迭代滤波（MIF）方法，一种新的技术，用于分析非平稳多维信号。与其他传统方法（例如，基于傅立叶或小波分解），MIF不需要对要识别的信号的函数形式进行任何先前的假设。使用MIF，我们进行了多尺度分析的霍尔磁流体动力学（HMHD）和混合粒子在细胞（HPIC）的数值模拟衰减等离子体湍流。结果评估的能力，MIF空间识别和分离的不同尺度（MHD惯性范围内，子离子动力学，和耗散尺度）的等离子体动力学。此外，MIF分解允许检测本地化的电流结构，并表征其对湍流的统计和光谱特性的贡献。总体而言，MIF出现作为一个非常有前途的技术研究湍流等离子体环境。
2020-04-21 physics.data-an physics.plasm-ph
Negative-Energy Perturbations in Circularly Cylindrical Equilibria within the Framework of Maxwell-Drift Kinetic Theory
在线性化的无碰撞麦克斯韦漂移动力学理论的框架下，研究了磁约束圆柱形等离子体平衡和初始场扰动消失的情况下，负能量扰动（可能是非线性不稳定的，并导致反常输运）存在的条件.对于具有平行于磁场的非零分量的波矢量，平面平衡条件（由Throumoulopoulos和Pfirsch [Phys Rev. E { \bf 49}，3290（1994）]导出）被证明仍然有效，而垂直扰动（发现是最重要的模式）的条件被修改。因此，除了负能量扰动的存在与量$η_ν= \frac {\partial \ln T_ν} {\partial \ln N_ν}$的2/3的阈值有关的托卡马克平衡状态之外，还出现了在平面平衡中不存在的新的状态，其中对于$η_ν$的{ \em any}值存在负能量扰动。对于各种分析冷离子托卡马克平衡的热电子的相当大的一部分与负能量扰动（活性粒子）。特别地，对于具有平坦电子温度分布的顺磁等离子体（$η_e=0$）的线性稳定平衡，整个速度空间被活性电子占据。由活性粒子所占据的速度空间的一部分从中心到等离子体边缘增加，并且在顺磁性等离子体中比在具有相同压力分布的反磁性等离子体中更大。它还表明，不同于在平面平衡，负能量扰动存在于无力反向场箍缩平衡与相当大的一部分活性粒子。
1996-02-20 physics.plasm-ph plasm-ph
Wave-particle equilibria with heavy ions in weakly collisional space plasmas
Universidad de Chile（智利大学）；University College London（伦敦大学学院）；Comisión Chilena de Energía Nuclear（智利核能委员会）；Universidad Andres Bello（安德斯贝洛大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）
研究重离子与电磁波相互作用如何塑造速度分布函数，并影响电磁波色散关系。通过Boris算法模拟重离子运动，结合ALPS代码推导色散关系，揭示波-粒子平衡的稳态特性。
2026-03-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetohydrodynamic equilibria of a cylindrical plasma with poloidal mass flow and arbitrary cross section shape
本文在理想磁流体力学理论的框架内研究了具有任意形状截面的纯极向质量流圆柱形等离子体的平衡问题。对于所考虑的系统，它表明，只有不可压缩流是可能的，因此，一般的二维流动平衡方程减少到一个单一的二阶拟线性偏微分方程的极向磁通量函数$ψ$，其中出现四个轮廓泛函的$ψ$。除了当与极向磁场的阿尔文速度有关的马赫数模为1时出现奇点外，该方程总是椭圆的，并允许构造几类解析解。研究了等离子体在理想导电圆柱边界内的精确等离子体方程，得到了等离子体方程中电流密度平坦和电流密度峰值的精确等离子体方程。
1996-08-27 physics.plasm-ph plasm-ph
Neural network tokamak equilibria with incompressible flows
我们提出了几个数值解广义格拉德-沙夫拉诺夫方程（GGSE），它管理轴对称等离子体平衡与不可压缩的任意方向的流动，使用完全连接，前馈，深度神经网络，也被称为多层感知器。这样的人工神经网络（ANN）的训练，以近似托卡马克相关的平衡后，最小化的GGSE均方残差的等离子体体积和等离子体边界上的极向通量函数。解决方案的Solovev和一般的线性化的ananalgeses的自由函数中所涉及的GGSE获得和基准对已知的解析解。我们还构建了一个非线性平衡结合相关的高限制模式的特性。在我们的数值实验中，我们观察到，改变训练点的径向分布对训练解的准确性的影响非常小。特别是它示出，在等离子体边缘的训练点的局部化结果在ANN的解决方案，相当准确地描述了整个磁配置，从而证明了人工神经网络的插值能力。
2022-03-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Non-thermal particle acceleration and power-law tails via relaxation to universal Lynden-Bell equilibria
该研究通过Lynden-Bell统计力学方法，发现无碰撞等离子体高能平衡分布呈普适的硬幂律尾部，核心依赖初始条件，尾部主导能量。
2023-09-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral analysis of multidimensional current-driven plasma instabilities and turbulence in hollow cathode plumes
空心阴极羽流中的大幅度电流驱动的不稳定性可以产生高能离子，导致阴极溅射和航天器退化。一个2D 2 V（两个维度，每个在配置[D]和速度[V]空间）基于网格的Vlasov-Poisson（直接动力学）求解器被用来研究他们的增长和饱和，这包括四个阶段：线性增长，准线性共振，非线性填充，饱和湍流。分析了湍流区离子的线性模增长率、非线性饱和过程以及离子速度和能量分布特征。回流离子产生大的电子漂移，几个离子声学周期后的势场成为湍流。分析了Vlasov方程的尺度间相空间转移和局域性。多维研究揭示了纵向和横向等离子体不稳定性之间的相互作用，以及等离子体湍流的开始。
2022-11-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph stat.AP
Bennett Vorticity: A family of nonlinear Shear-Flow Stabilized Z-pinch equilibria
本文提出一种通过交换Bennett非线性项生成的轴向流分布，揭示了剪切流稳定Z极简平衡的普遍特性，为实验室和自然等离子体研究提供新视角。
2026-05-12 nlin.SI physics.plasm-ph
Exact axisymmetric Taylor states for shaped plasmas
本文给出了轴对称环形几何中精确解析泰勒态的一般构造。在这种构造中，泰勒平衡完全通过指定所需等离子体几何形状的纵横比、伸长率和三角形性来确定。对于具有磁性X点的平衡，还必须指定X点的位置。这些解决方案的灵活性和简单性，使他们有用的数值求解器的精度验证和泰勒态在实验室实验的理论研究。
2014-06-02 physics.plasm-ph
Numerical Study of Two-fluid Flowing Equilibria of Helicity-driven Spherical Torus Plasmas
采用有限差分法和边界元法相结合的方法，数值求解了螺旋驱动球环（HD-ST）的两相流平衡位形。结果表明，中心导体附近的电子流体与外环向场有关，而离子流体与外环向场无关。磁性配置从高- $q$ HD-ST（$q$ >1），具有顺磁环向场和低- $β$（体积平均$β$值，（$<β>\approx$ 2%）通过螺旋驱动的球马克和RFP到超低- $q$ HD-ST（0<q<1）与对角磁环向场和高- $β$（$β \approx 18\%），因为内边缘区域的外部环向场减小并反转符号。当双流体中离子偏磁漂移占主导地位时，双流体效应在这种平衡转变中更为显著。
2004-10-16 physics.plasm-ph
Evidence Cross-Validation and Bayesian Inference of MAST Plasma Equilibria
本文根据拾取线圈、磁通环和运动斯塔克效应（MSE）观测数据，采用贝叶斯统计理论，直接计算了MAST等离子体放电电流分布。通过将环形等离子体电流表示为一系列具有矩形横截面的轴对称电流束并推断这些束中的每一个的电流，随后通过比奥-萨伐尔定律的基本应用计算通量表面几何形状和q-分布。在贝叶斯分析的背景下使用这种等离子体模型是由Svensson和Werner在联合欧洲托卡马克（JET）上开创的[J. Svensson和A。沃纳轴对称等离子体的电流层析成像。{ \em等离子体物理和受控聚变}，50（8）：085002，2008]。在这个框架中，线性前向模型被用来生成诊断预测，随后通过应用贝叶斯公式直接计算等离子体束集合中的电流的概率分布。在这项工作中，我们引入了一种新的诊断技术，以识别和删除异常值的观察与诊断脱落的校准或遭受不明故障。这些修改使得最后闭合通量面（LCFS）的贝叶斯推断与其他确证数据（例如使用EFIT++ [L. Appel等人，第33届EPS会议，意大利罗马，2006年]。此外，这种分析也产生错误的等离子体电流分布和通量表面的几何形状，以及直接预测的Shafranov移动的等离子体核心。
2012-01-23 physics.plasm-ph
Pattern formation in Vlasov-Poisson plasmas beyond Landau caused by the continuous spectra of electron and ion hole equilibria
本文介绍了一种适用于驱动现实即非理想化等离子体的高起伏水平的升级波理论。最重要的是，这意味着放弃众所周知的线性波动理论的概念，转而采用完全非线性的理论。根据作者的早期出版物（H。Schamel，Plasma Phys.14（1972）905），并得到最近真实噪声等离子体的Vlasov-Poisson模拟的支持，提出了一个扩展的框架，该框架不仅涵盖了相干空穴结构的基本特征，而且还能够对当前的波动理论进行必要的修正。这些修正是早就应该做的，可以简单地总结为：当充分处理平衡态时，线性弗拉索夫动力学的损失（即线性朗道理论和连续van Kampen光谱的失败）。一个线性稳定性分析的单谐波，成功地结合了被困粒子的影响（与以前的分析相反），显示了一个无条件的边缘稳定性独立的漂移之间的电子和离子，这无疑与朗道的理论相矛盾。此外，负能量的空穴特别令人感兴趣，因为它们在动力学系统中充当吸引子。它们是释放更多模式的来源，从而增加间歇性湍流的水平。总之，无碰撞等离子体中的斑图形成本质上是非线性和动力学的。然而，有一个令人满意的，如果还没有完成，了解其过程的双重范式转变是必要的：一个从传统的线性，离散波模型的非线性波模型处理连续光谱由于捕获和第二个从BGK到本方法的正确处理平衡。
2022-05-17 physics.plasm-ph
Numerical equilibria with pressure anisotropy and incompressible plasma rotation parallel to the magnetic field
等离子体旋转可以影响托卡马克向先进约束区的转变。此外，为了达到聚变温度，现代托卡马克依靠辅助加热方法。这些方法在等离子体中产生压力各向异性。对于具有压力各向异性的不可压缩旋转，平衡由广义Grad-Shafranov（GGS）方程和有效压力$\bar{p}=(p_\parallel+p_\perp)/2$的解耦Bernoulli型方程控制，其中$p_\parallel$（$p_\perp$）是平行（垂直）于磁场的压力张量元素。在等离子体旋转方向平行于磁场的情况下，GGS方程可以转化为与GS方程形式相同的方程。在这项研究中，通过利用上述属性的GGS方程的平行等离子体旋转，我们构建了ITER的数值平衡，通过扩展HELENA，平衡固定边界求解器，并检查旋转和各向异性的影响，对某些平衡量。主要结论是，在旋转中加入压力各向异性，可以使平衡量在更大的范围内形成轮廓，从而有利于约束，并可以扩展对应于更高值的马赫数的参数空间。此外，压力各向异性的平衡量的影响是强于旋转，对于大多数的量检查。对于压力分量，压力各向异性的影响是相同的，无论功率是平行还是垂直于磁表面沉积，因此意味着没有优选的加热方向，而对于电流密度，平行于磁表面的加热似乎有利于电流梯度驱动的不稳定性。
2020-09-22 physics.plasm-ph
