Nonlinear axisymmetric resistive magnetohydrodynamic equilibria with toroidal flow
在非线性磁流体力学理论框架内，研究了导体包围的纯环形流的电阻轴对称等离子体的平衡问题。证明了：a）极向电流密度为零; b）除理想情况外，等离子体边界上的压力分布应为零。对于等温磁面、等熵磁面和等密度磁面，其平衡态服从极向磁通量函数的椭圆型偏微分方程，其形式与理想平衡态的相应方程相同。电导率既不可能是均匀的，也不可能是一个表面量，但它会限制平衡解的可能类别，例如，对于所考虑的情况，具有斯皮策电导率的唯一可能的平衡是圆柱形的。
1997-09-16 physics.plasm-ph
ECOM: a fast and accurate solver for toroidal axisymmetric MHD equilibria
我们提出了ECOM（通过COnformal映射的平衡求解器），一个快速和准确的固定边界求解器的toroidally轴对称磁流体动力学平衡有或没有一个环形流。ECOM结合保角映射和傅立叶和积分方程方法的单位磁盘上实现指数收敛的极向通量函数以及其第一和第二偏导数。由于其高阶精度，对于密集网格和类似托卡马克的伸长，ECOM以比基于有限元的代码CHEASE更高的精度计算关键量，例如安全因子和磁剪切[H. Lütjens \textit{et al.}，Computer physics communications 97，219（1996）]。ECOM已经发展到提供平衡的数量和细节的通量轮廓的几何形状作为输入的稳定性，波传播和运输代码。
2014-09-11 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
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
Analytic non-axisymmetric 3D MHD equilibria without stellarator symmetry
Google DeepMind（谷歌DeepMind）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克学院）
本文通过引入对称性破缺参数，推广了两族非轴对称理想磁流体力学平衡解，使其打破仿星器对称性，为仿星器平衡代码提供新基准。
2026-10-07 physics.plasm-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
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
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
Orbital Spectrum Analysis of Non-Axisymmetric Perturbations of the Guiding-Center Particle Motion in Axisymmetric Equilibria
在轴对称磁场平衡中存在非轴对称扰动使得引导中心（GC）粒子运动不可积分，并且由于共振机制可能导致粒子、能量和动量重新分布。我们分析这些扰动的光谱，观察到的粒子在未扰动GC运动的框架。我们计算半解析的确切位置和强度的共振谱分量的多重扰动。轨道谱分析（OSA）方法是基于一个精确的角度变换，充分考虑有限轨道宽度（FOW）的影响。该方法提供了深入了解粒子动力学，并能够预测任何扰动的影响，所有不同类型的粒子和轨道在一个给定的，分析或数值计算，轴对称平衡。
2015-11-24 nlin.CD 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
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
New axisymmetric equilibria with flow from an expansion about the generalized Solov'ev solution
本研究通过线性化假设与广义Solov'ev解展开，得到含环向和极向流动的广义Grad-Shafranov方程解析解，分析自由参数对平衡位形的影响，构建了多种适用于托卡马克、球形托卡马克和球马克的平衡态。
2025-02-22 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
Comment on the paper "An analytic functional form for characterization and generation of axisymmetric plasma boundaries", PPCF 55 (2013) 095009
对T. T. P. PPCF 55（2013）095009的论文“An analytic functional form for characterization and generation of axismatic plasma boundaries”的评论。C.露西
2014-11-23 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with anisotropic resistivity and toroidal flow
在磁流体力学框架下研究了具有各向异性电阻率和环形流动的轴对称磁约束等离子体的平衡问题。定态由极向磁通量函数的椭圆微分方程、压强的伯努利方程以及平行于和垂直于磁场的电阻率分量的两个关系式确定。本文用本征函数和精确解研究了矩形截面托卡马克中磁表面上温度不变但密度变化的“可压缩”流和磁表面上温度不变但密度不变的不可压缩流的平衡特性。这些本征函数可以描述单个或多个环形配置。在前一种情况下的平衡具有以下特点：（i）的轮廓的电阻率的组件上的极向横截面上大致碰撞（ii）的电场垂直于磁表面具有两个局部极值内的等离子体和消失的边界上和（iii）的环形电流密度的峰值接近磁轴和消失的边界上。对于“可压缩”和不可压缩流，评估了流和纵横比对上述量的影响。
2005-06-16 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
Ion temperature gradient turbulence in helical and axisymmetric RFP plasmas
利用回旋动力学方法研究了反向场箍缩装置中螺旋和轴对称等离子体状态下离子温度梯度（ITG）引起的湍流。系统地比较了两种磁配置，线性和非线性，以评估几何形状的不稳定性和随之而来的运输，以及生产的纬向流的影响。尽管其增强的限制，高电流螺旋状态表现出较低的ITG稳定性阈值相比，轴对称状态，和ITG湍流预计将成为一个重要的贡献者的总热传输。
2015-05-19 physics.plasm-ph
Ideal magnetohydrodynamic equilibria with helical symmetry and incompressible flows
不可压缩流轴对称理想磁流体动力学平衡问题的近期研究[H. Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys. Plasmas { \bf 5}，2378（1998）]扩展到具有不可压缩流的螺旋对称平衡的一般情况。它示出，所考虑的系统的平衡态是由椭圆形偏微分方程的螺旋磁通量函数$ψ$包含5个表面量以及压力的关系。上述方程可转化为一个微分部分与相应的静力平衡方程形式相同的方程，它可有几类解析解。特别是，平衡与电场垂直的磁表面和非恒定马赫数流的构建。与具有等温磁表面的轴对称平衡的情况不同，螺旋对称$T=T(ψ)$平衡是超定的，即，在这种情况下，平衡方程简化为具有七个表面量的一组八个常微分方程。此外，还证明了（a）纯螺旋流（b）非平行流（具有等温磁表面且磁场模量为表面量）的不可压缩螺旋对称平衡（全能平衡）的不存在性。
1999-07-01 physics.plasm-ph
The stability of unity beta equilibria in tokamaks
托卡马克内的等离子体β（动压与磁压之比）应保持在特洛伊极限以下，以避免主要的等离子体不稳定性。然而，本文认为，Troyon极限只发生在电流分布不能维持高β平衡时。本文表明，β峰为1量级的等离子体对理想MHD模式是稳定的。虽然理论上（理想MHD）单位β平衡的稳定性已经得到解决，但托卡马克中高β平衡的实验存在性仍然是等离子体物理的一个未解决的问题。
2017-10-27 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
Generalized Grad-Shafranov equation for non-axisymmetric MHD equilibria
静态MHD平衡的结构，承认连续族的欧几里德对称性是很好理解的。这样的场配置由经典的Grad-Shafranov方程控制，该方程是二维空间中的单个椭圆PDE。通过揭示一个隐藏的对称性，我们表明，事实上，所有光滑的平衡方程的非零压力梯度远离磁轴满足一个推广的梯度Shafranov方程的解决方案。与经典的Grad-Shafranov方程的解不同，广义方程的解不是自动平衡的，而是仅满足在单参数隐对称上平均的力平衡。然后，我们解释如何广义梯度Shafranov方程可以用来重新制定的问题，找到精确的三维光滑的平衡方程的解决方案，找到一个最佳的体积保持对称。
2020-09-30 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Equilibria with incompressible flows from symmetry analysis
本文推广了[G. Cicogna和F. Pegoraro，Phys.Plasmas第22卷，022520（2015）]。特别地，我们构造了一个典型的托卡马克D形平衡，具有峰值环向电流密度，单调变化的安全因子和剪切电场。
2015-08-10 physics.plasm-ph
Topological Arrest of Ballooning Modes in Non-Axisymmetric Plasmas
Princeton University（普林斯顿大学）
研究非轴对称稳态器为何能避免受约束磁体中反气球崩溃的现象，通过三维几何诱导安德森局部化，将全球不稳定性转化为吉恩兹-兰道网络中的孤立波包网络，提出临界阈值作为非线性稳定性指标用于反应堆优化。
2026-05-19 physics.plasm-ph
Intrinsic rotation driven by non-Maxwellian equilibria in tokamak plasmas
本文研究了偏离麦克斯韦平衡点对托卡马克等离子体湍流动量输运的影响。这些非麦克斯韦特征，由抗磁效应引起，引入了并流环向角动量的径向通量对碰撞性的强烈依赖：当等离子体从几乎无碰撞到弱碰撞时，通量从径向向内到向外反转。这表明从峰值到中空旋转轮廓的碰撞依赖性过渡，与实验观察到的内在旋转一致。
2013-04-12 physics.plasm-ph
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
Tokamak-like Vlasov equilibria
具有真空环形磁场的轴对称等离子体的Vlasov平衡，在选择离子和电子分布函数的情况下，可以简化为Grad-Shafranov型方程。拟中性缩小了分布函数的选择范围。与电子分布函数由位移麦克斯韦组成的二维对称平衡相反，环形平衡需要变形麦克斯韦。为了能够进行计算，该变形通过Heaviside阶跃函数或指数函数产生。由此产生的Grad-Shafranov-like方程显式地建立。
2014-01-31 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
Axisymmetric magnetic field effects on hollow cathode generated plasma column in APPEL-device
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国家研究所）
本研究探讨了轴对称磁场对等离子体柱的影响，发现高能电子的约束和碰撞阻尼对等离子体传播至关重要。
2025-12-29 physics.plasm-ph
Development of a free boundary Tokamak Equilibrium Solver (TES) for Advanced Study of Tokamak Equilibria
本文介绍了为进一步研究托卡马克平衡而开发的自由边界托卡马克平衡解算器（TES）。一种是解决固有轴对称不稳定性的广义方法，这是在自由边界条件下的平衡计算中遇到的。另一个是一个扩展，以处理一个新的偏滤器的几何形状，如雪花或X偏滤器。对于验证，解决方案的唯一性确认的计算域的变化的独立性，数学的正确性和准确性的平衡配置文件进行检查的直接比较与分析平衡被称为广义Solovev平衡，并通过检查内在的轴对称不稳定性的控制力平衡关系进行测试。作为一个有价值的应用，在KSTAR线圈系统的情况下，讨论了要求极向磁场为二阶零点的雪花平衡。
2015-03-11 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
Four-Fluid Axisymmetric Plasma Equilibrium Model Including Relativistic Electrons and Computational Method and Results
最近发展了一个非相对论性多流体等离子体轴对称平衡模型，以考虑除了热电子和离子流体之外的高能电子流体的存在。本文建立并报道了含相对论性高能电子的多流体等离子体的平衡方程。流体模型近似中的相对论效应可以以两种方式出现：由于大的宏观流体速度与光速相当，以及大粒子的微观随机运动，如果温度变得与电子静止质量能量相当或大于电子静止质量能量，则其变得显著。发现相对论广义角动量的轴向分量可以用来描述相对论轴对称平衡。该配方被施加到一个四流体等离子体组成的相对论高能电子流体，热电子流体，和两个热离子物种（例如质子和硼离子）的流体。得到了与静电势一致的四流体密度表达式，并将其应用于计算中。一个例子平衡近似四流体等离子体最近观察到的无螺线管ECRH维持球形环面等离子体的计算和介绍。第二个平衡，扩展的高能电子温度的第一个例子到679 keV的计算揭示显着的相对论效应。
2021-02-19 physics.plasm-ph
Sawtooth crash in tokamak as a sequence of Multi-region Relaxed MHD equilibria
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；the Australian National University（澳大利亚国立大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Australian Nuclear Science and Technology Organisation（澳大利亚核科学与技术组织）
本研究将托卡马克锯齿崩塌建模为多区域弛豫磁流体动力学平衡序列，用SPEC构建中间态平衡，验证了重联过程特征，与M3D-C1吻合良好，为MHD模拟提供了补充方法。
2025-11-02 physics.plasm-ph
Axisymmetric Coil Winding Surfaces for Non-Axisymmetric Fusion Devices
针对仿星器复杂线圈设计问题，提出约束于绕制曲面的丝状曲线参数化与梯度优化方法，可建模模块化及螺旋线圈，并比较两类绕制曲面及最佳等离子体距离。
2025-05-12 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
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
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
Symmetry transformations for magnetohydrodynamics and Chew-Goldberger-Low equilibria revisited
论文的动机是[O. I. Bogoyavlenskij，Phys.Rev.66，056410（2002）]，我们推广了各向同性压力和不可压缩流平行于磁场的MHD平衡的对称变换，在相应的CGL平衡的情况下，各向异性压力。我们发现，只有当磁场为纯极向时，场向平衡的几何对称性才能被这些变换打破。在这种情况下，我们从给定的轴对称的三维CGL平衡。此外，我们研究了一般的对称变换的MHD和CGL平衡与不可压缩流的任意方向，在一些文件中介绍，并发现他们不能打破原来的平衡的几何对称性，除非速度和磁场是共线和纯极向。
2018-10-16 physics.plasm-ph
Turbulent Contributions to Ohm's Law in Axisymmetric Magnetized Plasmas
本文利用从自洽作用角输运理论导出的欧姆定律的湍流推广，分析了磁湍流对轴对称磁化等离子体中电流密度的影响。除了众所周知的超电阻（螺旋度守恒）的贡献，广义欧姆定律包含一个异常的电阻率项，和一个湍流的自举类项成比例的电流密度导数。传统和先进方案的平衡和湍流剖面特征方程的数值解表明，槽“湍流自举”效应和异常电阻率湍流可以产生功率和平行电流，这是相当大的一部分（约20-25%）的相应的影响与新古典自举效应。湍流峰值和压力梯度的对准程度在确定稳态区域中起着重要作用。在全自举托卡马克装置中，超电阻率是克服空心电流剖面本征限制的关键。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Experimental investigation of an electronegative cylindrical capacitively coupled geometrically asymmetric plasma discharge with an axisymmetric magnetic field
本研究在几何不对称圆柱形电容耦合射频放电中混合电负性氧气与电正性氩气，探究轴向磁场对负离子产生的影响。磁场引起ExB漂移，约束高能电子于边缘，降低体相密度与负离子比例，但升高电子温度。结论表明低磁场更利于负离子生成，且磁场与气体比例共同调控负离子比例。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Plasma pressure response to non-inductive current drive in axisymmetric visco-resistive MHD steady-states
针对黏阻 MHD 托卡马克稳态模型压力水平不真实的问题，本文构建压力 Poisson 方程并引入非感应电流驱动修正环向电流，显著改善压力剖面。
2025-07-28 physics.plasm-ph
Analytic Hall Magnetohydrodynamics toroidal equilibria via the energy-Casimir variational principle
本文基于能量-Casimir变分原理推导了霍尔磁流体动力学轴对称等离子体平衡方程，获得Grad-Shafranov-Bernoulli型方程组的两族解析解，并证实了离子速度面与磁面的分离有利于等离子体约束。
2023-07-29 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
Nonlinear Ohmic Dissipation in Axisymmetric DC and RF Driven Rotating Plasmas
轴对称完全电离等离子体绕其轴旋转时，磁表面之间的电荷分离产生的直流场或RF波。在每个磁性表面上，电子和离子都服从等旋定律，并以相同的角速度进行方位角E交叉B旋转。当库仑碰撞被考虑时，这样的流动显示没有欧姆电流，电荷分离短路，因此没有线性耗散。当考虑惯性效应时，出现非线性欧姆响应，提供磁表面之间的电荷分离的耗散弛豫。这种非线性导电性是由科里奥利力、离心力和电子-离子碰撞摩擦力之间的相互作用引起的。这种现象被识别，描述和分析。此外，无论是品质因数的角动量存储以及波驱动角动量产生的效率进行了计算，并显示是独立的电荷分离过程的细节。
2018-10-08 physics.plasm-ph
Discharge characteristics of a low-pressure geometrically asymmetric cylindrical capacitively coupled plasma with an axisymmetric magnetic field
本文实验研究了轴对称磁场对低压几何非对称圆柱形电容耦合等离子体放电特性的影响，发现磁场可调控放电非对称性、电子温度及 EEDF，并实现离子能量与通量的独立控制。
2023-06-01 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
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
BORAY: An Axisymmetric Ray Tracing Code Supports Both Closed and Open Field Lines Plasmas
光线追迹程序是研究电磁波在几何光学近似下的传播和吸收的有效工具。在磁化聚变等离子体中，大多数射线追迹程序假设等离子体密度和温度是磁通量的函数，并且只研究最后一个闭合磁通面内的波，这对于当今的托卡马克来说已经足够了。然而，它们很难用于具有开放磁场线等离子体的结构，如镜像机和场反转结构（FRC）。我们开发了一个圆柱坐标系下的射线追迹程序$(r,ϕ,z)$，以支持任意轴对称结构的闭合和开放场线等离子体。对于波的传播，冷等离子体色散关系通常是足够的，我们需要的磁场${\bf B}(r,z)$和物种密度$n_{s0}(r,z)$作为输入。对于波的吸收，我们需要进一步的温度$T_{s0}(r,z)$配置文件来解决热动力学等离子体色散关系。与以往的射线追踪程序计算波矢虚部${\bf k}_{\perp,i}$的方法不同，本文计算了波频虚部$ω_i$，在弱阻尼近似下与前者是等价的。该代码可以使用数值或分析平衡。给出了托卡马克、球形托卡马克、FRC和镜机的电子回旋波、低杂波和离子回旋波的例子和基准。
2021-05-25 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
Equilibrium of a Rapidly Rotating Axisymmetric Magnetic Mirror Machine
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究快速旋转轴对称磁镜机器平衡问题，通过第一原理并利用具有各向异性压力的理想双流体模型，发现只要离子回旋半径远小于机器尺寸且等离子体角速度远小于离子回旋频率，费拉罗结果成立。
2026-07-21 physics.plasm-ph
