Multi-scale Full-orbit Analysis on Phase-space Behavior of Runaway Electrons in Tokamak Fields with Synchrotron Radiation
本文采用相对论体积保持算法，对托卡马克场中同步辐射逃逸电子的长期全轨道模拟进行了研究。详细的相空间行为的逃逸电子在不同的动力学时标跨越11个订单进行了研究。当观察小的时间尺度时，即，在洛伦兹力的作用下，电子逃逸的轨迹呈现出螺旋形的严重变形。在考虑动量矢量旋转与背景磁场耦合的情况下，对一种无碰撞的俯仰角散射现象--新经典散射进行了定性分析。在1秒以内的大时间尺度上，发现逃逸电子在相空间中的初始条件对俯仰角散射、动量演化和逃逸能量的损失增益比都有明显的全局影响。然而，初始值对同步辐射能量极限的影响很小。研究还发现，托卡马克装置的环向磁场、环向电压、安全因子分布和长半径等参数对同步辐射能量极限和新经典散射强度都有影响。当考虑磁场波动时，最大逃逸能量也低于同步极限。
2016-05-26 physics.plasm-ph
Influence of massive material injection on avalanche runaway generation during tokamak disruptions
在ITER等强流托卡马克装置中，失控雪崩会导致种子电子数的大幅放大。我们表明，通过杂质注入的中断缓解可能会显着增加失控的雪崩在这样的设备的增长率。这种效应源于弱电离等离子体中雪崩过程可用的目标电子数量增加，这只能部分地通过快速电子上增加的摩擦力来补偿。我们推导出部分电离等离子体中雪崩增长率的表达式，并研究了杂质注入对雪崩倍增因子和ITER类参数的最终失控电流的影响。对于与中断缓解相关的杂质密度，与先前的预测相比，失控种子的最大放大可以增加数十个数量级。这促使仔细的研究，以确定所需的密度和杂质物种，以获得可容忍的电流淬火参数，以及更详细的建模的失控动态，包括运输的影响。
2019-06-10 physics.plasm-ph
Reduced modeling of scrape-off losses of runaway electrons during tokamak disruptions
本文提出一个与一维模型兼容的逃逸电子刮削损失低维模型，并在DREAM中实现，结果表明该损失对ITER中实现完全逃逸避免可能至关重要。
2024-10-04 physics.plasm-ph
Synchrotron radiation from a runaway electron distribution in tokamaks
聚变等离子体中逃逸电子发射的同步辐射通过同步辐射光谱对逃逸电子粒子动量和俯仰角的强烈依赖性提供了关于这些参数的信息。有关逃逸密度及其空间分布的信息，以及上述量的时间演变，也可以推断出来。本文给出了典型雪崩逃逸电子分布的同步辐射谱。获得的光谱的电子分布进行比较，以规定的俯仰角的单能电子的发射。我们还研究了磁场曲率的影响，并分析了由此产生的频谱的灵敏度扰动的失控分布。推导的逃逸电子参数的影响进行了讨论。我们将我们的计算结果与DIII-D的实验数据进行比较，并估计观察到的最大逃逸能量。
2013-09-20 physics.plasm-ph
Effect of plasma elongation on current dynamics during tokamak disruptions
托卡马克装置中的等离子体终止中断可能导致相对论逃逸电子束，对未来具有大等离子体电流的装置具有潜在的严重后果。本文研究了等离子体伸长对电场的逃逸产生和电阻扩散耦合动力学的影响。我们发现，细长的等离子体是不太可能产生大的失控电流，部分原因是由于较低的感应电场与较大的等离子体，部分原因是由于直接整形效应，这主要是导致失控雪崩增益的减少。
2020-01-06 physics.plasm-ph
Runaway electron generation during tokamak start-up
托卡马克启动的特点是低电子密度和强电场，以迅速提高等离子体电流和温度，使等离子体充分放电，形成磁通量表面。这样的条件对于超热电子的形成是理想的，这可能降低欧姆加热的效率并防止健康的热聚变等离子体的形成。这在ITER中是特别令人关注的，在ITER中，工程限制对允许的电场施加了限制，并且限制了启动期间的预填充密度。在这项研究中，我们提出了一个新的0D烧穿模拟工具，称为STREAM（启动失控电子分析模型），它自洽地演变的等离子体密度，温度和电场，同时占相对论失控电子的产生和损失。验证烧穿模型后，我们调查的条件下，逃逸电子可以形成在托卡马克启动过程中，以及它们对等离子体引发的影响。我们发现，Dreicer生成起着至关重要的作用，在确定是否成为失控为主的放电或没有，大量的失控电子可以限制欧姆加热的等离子体，从而防止成功的烧穿或进一步斜升的等离子体电流。通过气体燃料增加密度可以抑制失控的发生，但只有在足够早的情况下。否则，可能已经积累了大的失控种子，其甚至在相对低的电场和高密度下也可能雪崩。
2022-06-29 physics.plasm-ph
Stand-off runaway electron beam termination by tungsten particulates for tokamak disruption mitigation
本文通过MCNP模拟评估钨颗粒注入对托卡马克逃逸电子束的远距离终止效果，证明其在颗粒熔化前可有效移除99%束能量并终止99%逃逸电子，为ITER等装置提供可行的破裂缓解方案。
2023-10-25 physics.plasm-ph
Mechanism of runaway electron beam formation during plasma disruptions in tokamaks
提出了托卡马克等离子体破裂过程中逃逸电子束形成的一种新的物理机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模式形成的强随机磁场引起的。证明了逃逸电子束是在位于$q=1$和最近的低阶有理磁表面[ $q=5/4$或$q=4/3$，\dots ]之间的完整磁表面内的中心等离子体区中形成的。结果表明，逃逸电子束流具有螺旋性质，主要成分为$m/n=1/1$。热淬火和电流淬火时间估计使用碰撞模型的电子扩散和双极粒子输运中的随机磁场，分别。讨论了逃逸电子流衰减的可能机制，即外漂移电子轨道和高能电子与$m/n=1/1$ MHD模的共振相互作用。
2015-04-27 physics.plasm-ph
Thermal modeling of runaway electron induced damage in the SPARC tokamak
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Chalmers Universiy of Technology（查尔姆斯理工大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
本文提出了一种热模型，用于分析SPARC托卡马克中失控电子对钨基PFC瓷砖的热损伤，通过参数扫描和现实面板设计提高热分析的准确性。
2026-03-04 physics.plasm-ph
DREAM: a fluid-kinetic framework for tokamak disruption runaway electron simulations
避免逃逸电子（RE）在等离子体终止中断中的有害影响是磁聚变装置安全系统设计的关键。在这里，我们描述了一个计算效率高的数值工具，允许自洽的等离子体冷却和相关的RE动力学在中断的模拟。它解决了通量表面平均传输方程的等离子体密度，温度和极向通量，使用反弹平均动力学方程自洽地提供电子电流，热量，密度和RE的演变，以及电子分布函数。作为一个例子，我们考虑中断的情况下，材料注入和比较电子动力学解决不同层次的复杂性，从完全动力学流体模式。
2021-08-10 physics.plasm-ph
Calculation of the runaway electron current in tokamak disruptions
本文针对托卡马克破裂中的逃逸电子电流，推导并分析了基于约化动力学建模的密度、平均速度和平均动能矩的计算方案，涵盖热尾与雪崩机制，并通过ITER破裂模拟验证其物理有效性和计算效率。
2023-09-15 physics.plasm-ph
Mechanisms of plasma disruption and runaway electron losses in tokamaks
本文在分析大量TEXTOR托卡马克等离子体破裂实验数据的基础上，提出了逃逸电子束的形成和损失机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模形成的强随机磁场引起的。据推测，失控的电子束是形成在由一个完整的磁表面，由于电子的感应环形电场的加速限制的中心等离子体区域。在具有安全因子$q(0)<1$的等离子体的情况下，最稳定的逃逸电子束由位于磁表面$q=1$和最近的低阶有理表面$q=m/n>1$（$q=5/4$，$q=4/3$，.）之间的完整磁表面形成。估算了热失超时间和电流失超时间.逃逸电子束流被建模为环对称部分和一个小幅度的螺旋电流占主导地位的$m/n=1/1$组件的总和。逃逸电子的损失是由于两种效应：（$i$）通过电子在环形电场中向外漂移直到它们接触壁和（$ii$）通过在束边缘形成逃逸电子的随机层。在$m/n=1/1$ MHD模存在下，形成了这种高能逃逸电子的随机层。它具有混合拓扑结构，具有一个随机的开放区域。讨论了外共振磁扰动对逃逸电子损失的影响。本文用高能电子轨道与$m/n=1/1$ MHD模共振相互作用过程中逃逸电流的重新分布解释了伴随逃逸电子爆发的突发MHD信号的可能原因。
2015-03-23 physics.plasm-ph
Edge-localized-mode heat load effects on plasma-facing materials studied using runaway electrons in the Damavand tokamak
达马万德托卡马克通过研究失控电子热负荷模拟ELMs对等离子体面材料的影响
2025-11-29 physics.plasm-ph
Modeling the complete prevention of disruption-generated runaway electron beam formation with a passive 3D coil in SPARC
在托卡马克等离子体突然终止过程中，可能形成相对论性“逃逸”电子（RE）的多兆安培束，这对托卡马克作为聚变能源的发展构成了重大挑战。在这里，我们使用最先进的破坏磁流体动力学模型，结合RE产生和传输的自洽演化，表明非轴对称的容器内线圈将被动地防止RE束形成，在托卡马克，紧凑，高场，高电流设备，能够实现聚变增益Q > 2的氘氚等离子体中的中断。
2021-10-20 physics.plasm-ph
Effect of Two-Stage Shattered Pellet Injection on Tokamak Disruptions
托卡马克反应堆中有效的中断缓解系统应限制壁暴露于局部热损失和高电流逃逸电子束的影响，并避免结构上的过度力。我们评估了关于这些方面的两阶段氘氖粉碎弹丸注入ITER类等离子体，使用模拟与梦想框架[M。Hoppe等人（2021）Comp. Phys. Commun. 268，108098]。为了使获得的逃逸电流最小化，找到了最佳的氘注入量范围，该范围对等离子体对莱曼辐射的不透明度敏感，这影响氘的电离度，从而产生雪崩逃逸。的两阶段的注射方案，其中稀释冷却产生的氘之前，由氖引起的辐射热淬火，减少了热尾种子和局部输送的热负荷的墙壁上。然而，在核操作期间，来自活化壁和氚的额外失控种子源使得难以达到可容忍的低失控电流。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Plasma steering to avoid disruptions in ITER and tokamak power plants
操纵托卡马克等离子体通常被视为避免破坏和逃逸电子的一种方法。等离子转向听起来像开车上班一样安全，但将显示出更接近于在结冰的道路上通过浓雾高速驾驶。与可以预见危险的时间相比，终止ITER放电所需的时间很长，类似于在浓雾中驾驶。如果失去了对血浆的控制，重新获得控制的难度就像在结冰的道路上开车一样。破坏和失控与三个问题有关-解决其中一个问题往往会使其他两个问题的解决方案复杂化：失去等离子体位置控制，过度的热沉积，以及由于失控电子而导致的壁熔化。这三个风险都必须得到解决，ITER才能实现其使命，并在部署托卡马克发电厂之前基本消除。
2021-03-26 physics.plasm-ph
FIREWALL: A surrogate model for the rapid assessment of tokamak wall loading and melting by runaway electrons
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
FIREWALL 是一种替代模型，结合 Geant4 数据库与一维热扩散求解器，快速预测托卡马克壁面熔化，实现大规模场景筛选。
2026-10-01 physics.plasm-ph
Runaway electron interactions with whistler waves in tokamak plasmas: energy-dependent transport scaling
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
提出基于第一性原理的三维托卡马克平衡框架，通过耦合 AORSA 和 KORC 模拟 runaway electron 与 whistler wave 相互作用，揭示随初始能量变化的异常输运行为，为基于波的缓解策略奠定理论基础。
2026-09-22 physics.plasm-ph
The Impact of Collisionality on the Runaway Electron Avalanche during a Tokamak Disruption
本文研究托卡马克破裂中环形几何对逃逸电子雪崩效率的影响，发现临界碰撞性参数$ν_{*, crit}$可区分氘等离子体中的效率降低与高Z杂质等离子体中的无减弱效应。
2024-01-20 physics.plasm-ph
Assessment of the Runaway Electrons induced damage to the Tokamak First Wall
基于ASDEX Upgrade实验的RE能量分布，利用FLUKA模拟和FreeFem++有限元模型，评估了逃逸电子对铍和钨第一壁的损伤，揭示了撞击角与沉积能量的关系及RE电流对熔化的影响。
2025-08-28 physics.plasm-ph
Resistive Hose modes in Tokamak Runaway Electron Beams
该研究针对托卡马克破裂产生的逃逸电子束，通过线性计算与模型对比发现电阻软管不稳定性在大电阻率下增长快于撕裂模且与等离子体响应解耦，还估算出DIII-D装置中其占主导的温度区间。
2023-08-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Simulating the nonlinear interaction of relativistic electrons and tokamak plasma instabilities: Implementation and validation of a fluid model
为了模拟托卡马克聚变等离子体中的破裂，提出了一个描述相对论逃逸电子演化及其与背景等离子体相互作用的流体模型。该模型的总体目标是自洽地描述失控电子（RE）和等离子体不稳定性在破坏过程中的非线性耦合演化。在这个模型中，逃逸电子被认为是一个单独的流体物种，其中初始种子是通过Dreicer源产生的，最终通过雪崩机制生长（可以很容易地添加其他相关的源机制）。逃逸电子的平流被认为主要是沿着场线，但也考虑到ExB漂移。该模型是在非线性磁流体动力学（MHD）代码JOREK的基础上Bezier有限元，电流耦合到热等离子体。基准的代码与一维逃逸电子代码GO是使用人工热淬火圆形等离子体。作为第一个演示，该代码适用于在ITER等离子体的轴对称冷垂直位移事件的问题，揭示显着不同的动态计算的情况下，没有失控的电子之间。虽然它是不可行的，以实现完全现实的逃逸电子速度接近光速的缓慢演变的等离子体不稳定性的完整模拟，代码被证明是适合于研究各种MHD的MHD-RE相互作用的MHD活性和中断相关的等离子体。
2019-06-28 physics.plasm-ph
An asymptotic-preserving 2D-2P relativistic Drift-Kinetic-Equation solver for runaway electron simulations in axisymmetric tokamaks
本文提出了一种渐近保持（AP）、一致收敛的相对论性碰撞漂移动力学方程（rDKE）数值格式，用于模拟轴对称环形磁场中的逃逸电子.该方法是来自一个精确的格林函数解与数值近似的量化影响，并导致一个简单的，两步操作分裂算法，由碰撞欧拉步骤，和拉格朗日轨道积分步骤与分析规定的内核。该方法的AP字符的主要数值误差的分析表明，以及通过数值实验。我们证明了该算法的能力，提供准确的答案，无论等离子体碰撞的圆形轴对称托卡马克几何形状。
2021-05-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Non-thermal electron cyclotron emission during runaway plateau in tokamak disruptions from a highly anisotropic dielectric tensor
Seoul National University（首尔大学）；Nuclear Research Institute for Future Technology and Policy, Seoul National University（首尔大学未来技术与政策核研究所）；POSTECH（浦项工科大学）
本文基于热等离子体色散张量推导非热电子回旋辐射系数和动能不稳定性驱动率，通过KIAT和SYNO代码验证，揭示了托卡马克失稳实验中非热电子回旋辐射的可能机制。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Expulsion of runaway electrons using ECRH in the TCV tokamak
该研究在TCV托卡马克中应用中轴ECRH，可在数百毫秒内将逃逸电子种子群减少三个数量级并防止破裂后逃逸电子束形成，驱逐率随功率增加，0-D模型归因于电子温度升高与输运增强。
2024-07-22 physics.plasm-ph
Synthetic measurements of runaway electron synchrotron emission in the SPARC tokamak
针对SPARC托卡马克中多MA级失控电子（REs）的潜在风险，本文利用SOFT合成诊断工具，对电流上升、稳态平顶及破裂三种场景下RE同步辐射的图像与光谱进行建模，评估了所需时间分辨率、空间覆盖和光谱范围。
2024-09-20 physics.plasm-ph
Trapped-Electron Runaway Effect
在托卡马克装置中，受到强电场束缚的电子不能立即逃逸，因为它们的平行速度在反弹期间不会增加。然而，它们确实挤向托卡马克中心。当它们向中心收缩时，捕获锥变得更窄，所以最终它们可以被释放并逃跑。当它们逃跑时，被捕获的电子将具有与受德雷塞机制影响的循环电子非常不同的特征。被称为捕获电子逃逸的特性进行了识别和量化，包括其可区分的垂直速度谱和径向范围。
2015-04-01 physics.plasm-ph
Alfvénic instabilities driven by runaways in fusion plasmas
逃逸粒子可以在具有大电场的等离子体中产生。在这里，我们解决的可能性，这种失控的离子和电子激发阿尔夫文不稳定性。由这些模式引起的磁场扰动会增强逃逸损耗。这可能对托卡马克破裂中逃逸电子束的形成有重要意义。
2014-05-14 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of runaway electron avalanches in tokamak plasmas
当环形电场的加速力超过库仑碰撞产生的碰撞拖曳力时，托卡马克等离子体中会产生逃逸电子（RE）。在国际热核实验堆中，预计破坏主要通过撞击碰撞产生RE，其中足够的动量可以从现有的逃逸物转移到减慢电子以将后者运输到临界动量以上，从而引发RE雪崩。由于撞击逃逸物通常以相对于局部磁场方向的动量的显著垂直分量散射，因此这些粒子具有高度磁化。因此，动量动力学需要一个完整的3-D动力学描述，因为这些电子是高度敏感的磁不均匀性的环形配置。导出了一个反弹平均的撞击源项。本文用LUKE程序求解三维线性化的相对论性电子Fokker-Planck方程，通过计算电子分布函数对恒定平行电场的响应，研究了Dreicer机制和碰撞碰撞过程联合作用下稀土离子的产生.这项工作表明，即使在非破坏性的情况下，雪崩效应也很重要。稀土形成通过撞击碰撞被发现强烈减少时发生的磁轴，因为被困的电子不能有助于稀土人口。雪崩机制的相对重要性作为RE形成的关键参数的函数进行了研究;等离子体温度和电场强度。与理论预测一致，模拟结果表明，在低温和电场中，撞击是RE的主要来源，并且可以在RE生成中发挥重要作用，包括在非破坏性场景中。
2015-03-20 physics.plasm-ph
Self-consistent modelling and qualitative comparison of mildly relativistic runaway electron dynamics with a closed flux surface formation model during tokamak startup
Korean Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
本文提出了一种用于轻微相对论性失控电子的简化动能模型，并与KSTAR ohmic启动期间观测到的辐射特性进行定性比较，改进了失控电流的预测并考虑了早期燃烧期间初始失控种子的部分平行约束。
2026-08-04 physics.plasm-ph
Development of a thin-target hard X-ray bremsstrahlung detection system to study confined runaway electrons in Aditya-U Tokamak
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute (HBNI)（霍米·巴巴国立学院）；EPFL（洛桑联邦理工学院）；Indian Space Research Organisation（印度空间研究组织）；Saha Institute for Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）
开发了带铅准直器的CdTe探测器硬X射线监测系统，测量芯部等离子体区域的薄靶轫致辐射，通过正向建模验证，用于研究锯齿活动期间快电子动力学。
2026-07-03 physics.plasm-ph
Neoclassical Pitch-Angle Scattering of Runaway Electrons
研究发现，托卡马克场的几何形状对逃逸电子产生俯仰角散射效应。这种新经典的俯仰角散射比碰撞散射强得多，并使逃逸电子的陀螺中心模型失效。结果表明，逃逸电子的能量极限大于陀螺中心模型的预测值，并严重依赖于背景磁场。
2015-10-03 physics.plasm-ph
Fluid and kinetic studies of tokamak disruptions using Bayesian optimization
该研究利用贝叶斯优化探索 ITER 多种物质注入破裂情景，并系统比较 DREAM 中流体与动力学模型对逃逸电子产生及缓解效果的预测差异。
2024-07-05 physics.plasm-ph
A sparse-grid probabilistic scheme for approximation of the runaway probability of electrons in fusion tokamak simulation
磁破裂过程中产生的逃逸电子对等离子体核聚变反应堆的安全运行构成了重大威胁。理解RE动力学的一个关键方面是计算失控概率，即，相空间中的电子在规定时间或之前逃逸的概率。这样的概率可以通过求解控制电子动力学的基本福克-普朗克方程的伴随方程来获得。在这项工作中，我们提出了一个稀疏网格的概率计划计算失控概率。我们的方法的关键成分是表示伴随方程的解作为一个条件期望，这样离散化的微分算子减少到一组积分的近似。采用自适应稀疏网格插值方法，将相空间映射近似为失控概率。这项工作的主要创新之处是将稀疏网格方法集成到计算逃逸概率的概率数值方案中，以及计算RE概率的演示。两个数值算例表明，该方法能够实现$\mathcal{O}(Δt)$收敛，自适应加密策略能够有效处理失控区与非失控区之间的尖锐过渡层.
2020-01-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Runaway electron synchrotron radiation in a vertically translated plasma
托卡马克装置中逃逸电子的同步辐射与逃逸电子束的位置、大小、逃逸电子能量和间距分布以及观测者的位置有关。我们表明，实验同步辐射图像的垂直移动失控的电子束扫过探测器在TCV托卡马克同意与合成同步辐射诊断软件的预测。该实验验证为综合诊断的理论基础提供了信心，该综合诊断用于基准理论模型和探测失控动态。我们提出了一个比较TCV的同步辐射测量与一致磁场中失控动力学的动力学理论的预测。我们发现，要解释检测到的同步辐射，显着的非碰撞俯仰角散射以及径向运输的RE将是必要的。这种效应可能是由磁扰动的存在引起的，这应该在未来的TCV实验中进一步研究。
2020-08-18 physics.plasm-ph
Runaway Electrons in Stellarators: Unlikely or Unavoidable?
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Maryland（马里兰大学）
本研究在逃逸电子模拟工具DREAM中实现仿星器等离子体模型，探究仿星器温度崩塌场景下逃逸电子的产生条件，发现仿星器也可能产生大量逃逸电子，且其逃逸电子问题将少于托卡马克。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Inelastic collisions facilitating runaway electron generation in weakly-ionized plasmas
本文揭示了 tokamak 启动期间非弹性碰撞的非微分性质在弱电离等离子体逃逸电子产生中的关键作用，指出使用 Fokker-Planck 碰撞算子会显著低估 Dreicer 生成率。
2024-04-24 physics.plasm-ph
Bayesian optimization of massive material injection for disruption mitigation in tokamaks
本文利用贝叶斯优化框架研究ITER中氘氖联合注入的破裂缓解，发现即使最优情景也会产生多兆安逃逸电流，但边缘沉积氖可显著降低逃逸电流和热损失，并高效映射参数空间以评估最优解鲁棒性。
2023-02-24 physics.plasm-ph
Latest results on quiescent and post-disruption runaway electron mitigation experiments at Frascati Tokamak Upgrade
对于0.5 MA和5.3 T的放电，给出了最后一次FTU活动对氘大（wrt FTU体积）弹丸RE抑制能力的结果，主要是由于诱导的突发MHD活动驱逐RE种子。明确的迹象雪崩倍增的RE后，单颗粒注入0.36 MA平顶放电与耗散效应的定量指标的临界电场的增加，由于扇形的不稳定性。大的扇形不稳定性的分析后中断RE光束，似乎是相关的低电场和背景密度下降，揭示了其强大的RE能量抑制能力，提出了一种新的策略，RE能量抑制控制大风扇不稳定性。我们演示了如何使用调制ECRH功率后中断光束可以引起这样的密度下降。
2021-05-25 physics.plasm-ph
Role of kinetic instability in runaway electron avalanche and elevated critical electric fields
研究了动力学哨声波不稳定性对逃逸电子雪崩的影响。从DIII-D实验的参数，我们表明，稀土散射激发哨声波可以解释几个不太了解的实验结果中看到的各种托卡马克。我们发现雪崩增长率和阈值电场的增加，使本模型更接近观察比以前的结果。动力学不稳定性的激发和共振电子的散射计算自洽使用准线性模型。我们还解释了在DIII-D静态RE实验中观察到的电子回旋发射（ECE）信号的快速增长和极低频哨声模的激发[D. A. Spong等人，提交至Phys. Rev. Lett.]。这些结果表明，通过控制背景热等离子体温度，可以在托卡马克破裂中自发激发等离子体波，并抑制逃逸电子的雪崩产生。
2018-01-05 physics.plasm-ph
Modelling of runaway electron dynamics during argon-induced disruptions in ASDEX Upgrade and JET
托卡马克等离子体中的破坏可能导致产生逃逸电子，这些逃逸电子有可能损坏面向等离子体的部件。为了更好地理解失控的产生过程，需要对实验进行解释性建模。在这项工作中，我们模拟了八个放电的ASDEX升级和JET托卡马克，氩气注入触发中断。我们使用的流体建模框架的能力，通过热尾，德莱塞和雪崩机制，以及失控的电子损失模型的产生失控的电子。使用基于实验的等离子体电流和电子温度和密度的初始值，我们可以重现等离子体电流的演变，使用现实的假设温度演变和同化的注入氩在等离子体中。ASDEX升级和JET中模拟排放的假设和结果相似，表明所实施的模型适用于不同尺寸的机器，这对于未来更大机器的建模非常重要。对于ASDEX升级中的模拟放电，初始温度相对较高，我们必须假设大部分热尾逃逸电子丢失，以重现测量的电流演变。
2021-06-30 physics.plasm-ph
Quasi-linear analysis of the extraordinary electron wave destabilized by runaway electrons
在分裂后托卡马克等离子体中，逃逸电子具有强各向异性分布，会破坏非常电子波的稳定性。目前的工作调查的准线性演化的EXEL不稳定性的动态范围内的不同的等离子体参数使用模型逃逸分布函数有效的高度相对论逃逸电子束主要由雪崩过程产生的。模拟结果表明，在$100-1000\;\rm μs$时间尺度上，逃逸电子在高能尾部发生快速的俯仰角散射。由于波粒相互作用，逃逸电子布居发射的同步辐射光谱的修改被预见，暴露了一个可能的实验检测方法，这样的相互作用。
2014-10-03 physics.plasm-ph
Variability of MHD Instabilities in Benign Termination of High-Current Runaway Electron Beams in the JET and DIII-D Tokamaks
Columbia University（哥伦比亚大学）；CEA-IRFM（法国原子能和替代能源委员会研究部）；Institute of Plasma Physics of the CAS（捷克科学院等离子体物理研究所）；UKAEA（英国原子能管理局）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；General Atomics（通用原子能公司）
研究通过分析高电流 runaway 电子束的终止过程，探讨了磁流体动力学不稳定性在良性终止中的作用，发现边缘安全因子影响终止结果，且理想与电阻性动力学相互作用决定终止过程。
2026-02-12 physics.plasm-ph
Resonant Pitch-Angle Scattering Of Runaway-Electrons by Externally-launched Helicon Waves in the DIII-D Tokamak
Columbia University（哥伦比亚大学）；EPFL, Swiss Plasma Center (SPC)（瑞士联邦理工学院洛桑分校，瑞士等离子体中心）；General Atomics（通用原子能公司）；University of California San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）；University of California, Irvine（加利福尼亚大学尔湾分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
在DIII-D托卡马克上实验演示了外部发射的螺旋波与逃逸电子的共振波粒相互作用，发现正常多普勒共振有效限制逃逸电子增长，而异常多普勒共振增强逃逸电子，并讨论了散射破裂后逃逸电子束的挑战。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Measurements of runaway electron synchrotron spectra at high magnetic fields in Alcator C-Mod
在Alcator C-Mod托卡马克装置上，进行了低密度平顶等离子体放电过程中逃逸电子（RE）的实验研究，实验条件为2.7、5.4和7.8 T三种磁场，其中最后一种磁场是迄今为止在托卡马克装置上产生和测量RE的最高磁场。时间演变的同步辐射光谱测量在可见光波长范围内（~300-1000 nm）的两个绝对校准的光谱仪查看共和逆等离子体电流方向。在本文中，一个测试粒子模型实现预测的动量空间和密度演化的磁轴和q = 1，3/2和2表面的稀土。漂移轨道和随后的限制损失也被纳入演变。这些时空结果被输入到新的综合诊断SOFT [M. Hoppe等人，Nucl. Fusion 58（2），026032（2018）]，其再现实验测量的光谱。对于这些放电，可以推断，同步辐射占主导地位的碰撞摩擦作为一个功率损耗机制和RE能量减少磁场增加。此外，阈值电场RE生成，硬X射线和光中子测量所确定的，比较目前的理论预测。
2018-05-14 physics.plasm-ph
Staged cooling of a fusion-grade plasma in a tokamak thermal quench
本文研究了托卡马克破裂中磁连接长度较短时等离子体核热猝灭的四阶段冷却过程，发现主要温降发生在近无碰撞阶段且平行电子温度随时间以 $t^{-2}$ 下降，揭示了由平行电子热传导有效抑制导致的全新物理标度律。
2022-11-13 physics.plasm-ph
Coupled 2-D MHD and runaway electron fluid simulations of SPARC disruptions
本研究利用 M3D-C1 开展二维环对称 MHD 与逃逸电子流体耦合模拟，探究 SPARC 托卡马克破裂中逃逸电子的演化，验证了与低保真模型的一致性，并首次系统比较了不同逃逸电子主要来源。
2025-03-24 physics.plasm-ph
Validity of models for Dreicer generation of runaway electrons in dynamic scenarios
逃逸电子建模工作的动机是这些高能粒子对大型聚变装置造成的风险。复杂的动力学模型可以捕获逃逸电子产生的大部分特征，但具有高的计算成本，这可以通过使用计算上更便宜的简化动力学代码来避免。在本文中，我们比较了减少动力学和动力学模型，以确定当前求解器，假设准平稳的分析计算的基础上，可以使用。德莱塞生成率是由两个不同的求解器在欧洲集成建模框架中开发的工作流程中并行计算的，这是通过计算尚未集成到框架中的第三个代码来补充的。Runaway Fluid是一个简化的动力学程序，NORSE是一个使用非线性碰撞算子的动力学程序，DREAM是一个线性化的Fokker-Planck解算器，用于研究跨越整个托卡马克相关范围的不同等离子体场景中电场动态变化的影响。我们发现，在时间尺度短于或相当于电子碰撞时间在临界速度逃逸电子产生动力学效应没有捕获的减少动力学模型发挥了重要作用。这种特征时间尺度很容易计算，并且可以可靠地用于确定是否需要动力学建模，或者预计更便宜的简化动力学代码可以提供足够准确的结果。这个标准可以自动化，因此，它可以是非常有益的全面的自洽建模框架，试图模拟复杂的事件，如托卡马克启动或中断。
2021-05-27 physics.plasm-ph
A Runaway Electron Avalanche Surrogate for Partially Ionized Plasmas
本文针对含部分电离杂质的等离子体，开发了一种受物理约束的深度学习替代模型，通过嵌入物理信息的神经网络（PINN）预测逃逸电子雪崩增长率，降低计算成本并提高精度，为托卡马克破裂的ML加速综合描述提供支持。
2025-04-14 physics.plasm-ph
Structure and overstability of resistive modes with runaway electrons
研究了逃逸电子流对托卡马克中电阻磁流体动力学模色散关系的影响。我们提出了一个新的理论模型来推导色散关系，这是基于对模式的电阻层结构的渐近分析。研究发现，除了传统的电阻层外，还可以出现一个新的逃逸电流层，其性质取决于Alfvén速度与逃逸电子对流速度的比值。由于该层的贡献，撕裂模和扭结模除了具有增长率之外，还将具有真实频率。推导的色散关系已与数值结果进行了比较，使用简化的本征值计算和M3 D-C1线性模拟，并发现在两种情况下，良好的协议。
2020-09-10 physics.plasm-ph
Collision operator for electron runaway in cold weakly-ionized plasmas
本研究针对冷弱电离等离子体中Dreicer机制的非扩散特性，提出结合Fokker-Planck算符与Boltzmann算符的碰撞算符，可精确描述非扩散电子动力学，助力无逃逸托卡马克启动设计。
2025-09-03 physics.plasm-ph
Runaway electrons during a coil quench in stellarators
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
研究显示，在磁体快速变化时，即使没有净托卡马克电流，星形箍缩装置中也可能产生失控电子爆发。在反应堆规模的星形箍缩装置中，低密度等离子体操作期间可能更危险。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Self-mediation of runaway electrons via self-excited wave-wave and wave-particle interactions
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学核科学技术学院）；School of Computational Science and Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院计算科学与工程学院）
本研究通过自激发波波和波粒相互作用，揭示了runaway电子在等离子体中非线性饱和过程中的自调解机制，显著降低了高能runaway电子电流。
2026-03-07 physics.plasm-ph
Runaway-electron formation and electron slide-away in an ITER post-disruption scenario
逃逸电子的缓解是ITER和其他大型托卡马克可靠运行的突出问题之一，需要准确估计预期的逃逸电子能量和电流。以前，线性化的工具（假设失控人口是小的）已被用来研究失控的动态，但这些工具是无效的，在大多数情况下的利益，即当失控人口成为实质性的。我们研究失控的电子形成后中断ITER等离子体中使用新开发的非线性代码NORSE，并描述了一种反馈机制，通过该机制，电子滑离的过渡可以诱导在场强显着低于先前的预期。如果使用控制系统主动地施加电场，则在所考虑的情形中，整个电子群体被快速地转换为失控。我们发现，直到反馈机制设置的时间是高度依赖于从热电子人口中去除热量的机制的细节。
2016-10-11 physics.plasm-ph
