Global properties and stability of transonic plasma acceleration in the magnetic nozzle
本文通过二维MHD模拟验证了磁喷嘴中跨声速等离子体加速存在由磁场唯一决定的全局解，并证明该解在任意磁面和修正磁场下均适用。
2025-06-25 physics.plasm-ph
Comment on "Adiabatic Expansion of Electron Gas in a Magnetic Nozzle" by Kazunori Takahashi, Christine Charles, Rod Roswell, and Akira Ando, Phys. Rev. Lett. Vol. 120, 045001 (2018)
在固定体积和压力下的热容作为电离度的函数，以图形方式描绘为倒数温度和电离度的函数。多变指数是作为相同变量的函数计算的;因为它不是常数，部分电离的等离子体只能近似为多变流体。与此同时，提出了利用阿尔文波加热磁喷管推进射流中等离子体的设想。
2020-08-04 physics.plasm-ph
Fully kinetic model of plasma expansion in a magnetic nozzle
一个自洽模型进行稳态完全动力学粒子模拟的磁化等离子体羽流。一个基于能量的电子反射，防止与一个典型的开放流出边界的数值泵不稳定性，并示出足够的一般性，羽流动力学和等离子体电位证明域的独立性（4%以内）。这是由泊松方程上的非稳态罗宾型边界条件支持的，耦合到允许瞬态中下游电位降的物理演变的电容电路。该方法已通过实验验证，提供的结果属于测量的不确定性。然后进行模拟研究碰撞氙放电到轴对称发散磁喷嘴。特别讨论了识别的电位以及所产生的电荷分离在羽流的边缘，离子中性电荷交换的作用，和三个区域的分段多方冷却制度的电子。结果表明，多变指数取决于磁化程度。具体而言，在该区域附近的推力器出口，羽流是弱磁化，由于电子重粒子碰撞的交叉场扩散。在下游，出现近等温膨胀的强磁化区域。最后，在分离区域，多变指数趋于更绝热的未磁化的情况。随着喷嘴磁场强度的增加，发现$\barγ_e\sim1.16$的平均多变指数存在一个下限。
2022-02-22 physics.plasm-ph
Anisotropic Electron Heating in an Electron Cyclotron Resonance Thruster with Magnetic Nozzle
在带有发散磁喷管的无栅ECR等离子体推力器中，加速正离子的双极场的大小取决于电子获得的垂直能量。本文考虑电子在磁镜力和推力器静电势形成的封闭阱中的弹跳运动，研究了电子被电磁波加热的问题。采用PIC程序模拟了磁场管中的等离子体。该代码的Maxwell求解器基于称为约束插值轮廓（CIP）的半拉格朗日方案，该方案可以实现更大的时间步长。结果表明，各向异性等离子体加热只发生在同轴腔室内部，沿多普勒展宽区。它还表明，具有较大的垂直能量的电子被捕获的人口存在于羽。
2023-01-26 physics.plasm-ph
Lower-Hybrid Drift Instabilities in a magnetic nozzle
针对磁喷嘴中可能存在的E×B装置共有的非稳态不稳定性问题，开展含平行不均匀性等效应的局部线性分析与准线性分析，预测了角向不稳定性范围并明确平行梯度的驱动作用。
2024-12-13 physics.plasm-ph
Effect of Nozzle Curvature on Supersonic Gas Jets Used in Laser-Plasma Acceleration
缩放喷管产生的超音速气体射流是激光等离子体加速实验中常用的靶。这些目标的一个主要兴趣点是相互作用区域的气体密度，在该区域中，激光电离气体羽流以产生等离子体，从而提供加速结构。在这个相互作用区域调整密度分布是LPA优化的关键。在该相互作用线处期望“平顶”密度分布以控制激光传播和高能电子加速，而短的高密度分布通常优选用于加速较低能量的紧密聚焦的激光-等离子体相互作用。一个特殊的设计参数是喷嘴的扩张部分的曲率。我们研究了三种不同曲率的喷嘴设计：凹“钟”，直锥形和凸“喇叭”喷嘴。我们证明，在毫米级的距离从喷嘴出口，喇叭和直喷嘴，如果优化，产生“平顶”密度分布，而钟形喷嘴创建具有较高密度的气体的集中区域。导出了喇叭形喷管的优化方法，并与直喷管的优化方法进行了比较。我们发现，喇叭形喷嘴，通过其曲率提供一个额外的控制参数，是更通用的创建平顶轮廓和其优化过程是更精细的直喷嘴和直喷嘴优化过程相比。我们提出了不同的喷嘴设计的计算流体动力学（CFD）与程序ANSYS Fluent进行模拟的结果，并使用中性密度干涉法进行实验验证。
2021-09-15 physics.acc-ph physics.app-ph physics.flu-dyn
Kinetic Electron Cooling in Magnetic Nozzles: Experiments and Modeling
针对长距离太空旅行对高性能推进系统的需求，本文综述了磁喷嘴中电子冷却机制的实验与理论研究进展，重点讨论动理学视角的研究方法，并提出该领域的未来挑战与研究展望。
2022-12-14 physics.plasm-ph
3D printing of gas jet nozzles for laser-plasma accelerators
最近的结果激光尾流场加速在定制的等离子体通道强调的重要性，控制气体靶的密度分布。特别是据报道，适当的密度剪裁可以导致改进的注入，加速和激光加速电子束的准直。为了实现这样的轮廓，需要创新的目标设计。为此，我们回顾了增材层制造（通常称为3D打印）的使用，以生产气体喷嘴。值得注意的是，我们比较了两种工业标准技术的性能，即选择性激光烧结（SLS）和立体光刻（SLA）。此外，我们已经使用普通的熔融沉积成型（FDM）复制基本的气体射流设计，并使用SLA和SLS更复杂的喷嘴设计。喷嘴的特点是干涉测量和用于电子加速实验的Salle Jaune太瓦激光器在Atriatoire d 'Optique Quéquée。
2016-05-05 physics.acc-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Axial-radial plasma transport and performance of a plasma thruster magnetic nozzle under Bohm's anomalous diffusion scaling
本研究采用全动力学PIC模型，结合玻姆型反常扩散标度研究低功率RF等离子体推力器磁喷嘴的输运与性能，发现玻姆系数临界转变区间，明确反常扩散对推力、效率等的影响，提升了与实验的吻合度。
2025-03-25 physics.plasm-ph
An implicit, conservative electrostatic particle-in-cell algorithm for paraxial magnetic nozzles
针对近轴磁喷管等离子体膨胀，提出一种精确守恒的隐式静电PIC算法，通过映射网格、降维速度空间、跨单元子步进及新型边界条件实现线性复杂度与显著加速。
2023-05-11 physics.plasm-ph
Fully-implicit Particle-in-Cell model of a Magnetic Nozzle with electromagnetic power deposition
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
采用1D3V全隐式Vlasov-Darwin粒子网格模型，研究右旋极化波在收敛-发散磁喷嘴中的传播，分析波加热对等离子体电势降和离子加速的影响。
2026-09-29 physics.app-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Symmetric and asymmetric shocked gas jets for laser-plasma experiments
超音速流中的激波提供了高密度和急剧的密度梯度，例如，可用于激光等离子体加速器中的梯度注入。我们报告的参数研究的斜激波插入一个直的轴对称部分在超音速“拉瓦尔”喷嘴的末端。通过计算流体动力学（CFD）模拟研究了不同参数（如喉部直径和直段长度）的影响。冲击喷嘴的实验特性进行了比较，CFD模拟，发现是在良好的协议。然后，我们介绍了一种新设计的非对称冲击气体射流，其中直线部分只存在于喷嘴的一侧，从而提供了一个气体轮廓，可用于密度过渡注射。在这种情况下，全三维流体模拟和实验测量进行了比较，并显示出良好的协议。
2021-03-23 physics.flu-dyn physics.ins-det physics.plasm-ph
Fully kinetic study of facility pressure effects on RF-source magnetic nozzles
采用全动理学二维轴对称PIC模型研究设施压力对磁喷管的影响，发现当近羽流电子温度达8 eV时性能显著下降，考虑设施压力可将推力数值误差降至30%以内。
2023-10-25 physics.plasm-ph
3D Plasma plume characterization of an electrodeless thruster cluster in magnetic arch configuration
研究磁拱结构中无电极推进器簇的等离子体羽流特性，用静电探针在两个正交对称平面测量相关参数，发现能提取等离子体射流，其离子能量降低，有势垒和较热电子，离子电流分布呈双峰，羽流会因磁场方向偏转。
2026-07-13 physics.plasm-ph
Arc temperatures in a circuit breaker experiment from iterative analysis of emission spectra
在模拟高压自能断路器的开断过程中，采用发射光谱法研究了电弧的特性。电弧在填充有SF $_6$的腔室中操作，该腔室位于由PTFE喷嘴封闭的针形郁金香形触头系统之间。腔室壁中的透明窗口和喷嘴中的狭缝使得能够在电流零点之前不到一毫秒的时间内对电弧截面进行光学研究。用成像光谱系统测量了氟原子线的侧向辐射。考虑到弧的旋转对称性，用Abel反演法确定了相应的径向发射系数。的径向温度分布计算的发射系数，包括压力测量和相应的等离子体成分。与以前的研究相比，提出了一种具体的迭代方法来考虑等离子体的光学厚度。已观察到0.2和0.4之间的最大光学厚度。针对吸收效应进行校正的温度曲线显示，随着电流向零电流降低，弧轴的最高温度不断升高。等离子体成分对绝对电弧温度的影响进行了讨论。温度分布可用于验证模型室中关断过程的CFD模拟。
2020-04-24 physics.plasm-ph
Ion Temperature Effects on Plasma Flow in the Magnetic Mirror Configuration
采用等温电子和热磁化离子的准中性傍轴双流体MHD模型，研究了有限离子温度对会聚-发散磁场、磁镜或等效磁喷嘴结构中等离子体流动的影响.研究了离子加速过程，着重讨论了奇点在音速点跃迁中的作用。结果表明，音速点的规律性定义了描述等离子体从亚音速到超音速加速的全局解。得到了稳态加速解，并与含时动力学解进行了比较，证实了含时方程的解收敛于稳态解，因此是稳定的.利用Chew-Goldberger-Low模型及其推广模型分析了离子压力各向异性的影响。结果表明，镜像力（表现为垂直离子压力）增强等离子体加速。研究了电离和电荷交换对等离子体加速的作用。
2023-03-06 physics.plasm-ph
A Global Enhanced Vibrational Kinetic Model for Radio-Frequency Hydrogen Discharges and Application to the Simulation of a High Current Negative Hydrogen Ion Source
针对Busek公司研制的新型强流负氢离子源（HCNHIS），建立了全局增强振动动力学（GEVKM）模型。和伍斯特理工学院HCNHIS由一个高压射频放电（RFD）室，其中产生的氢分子的高振动态，旁路系统，喷嘴，和一个低压负氢离子产生区域，其中$\text{H}^-$产生的低能量电子的离解连接到旋转振动激发的氢分子。GEVKM是从用于电感耦合RFD室的圆柱形几何形状的Wang Chang-Uhlenbeck方程导出的多温度化学反应等离子体的矩方程发展而来的。模型中包含的物种为$\text{H}(n), n=0-3, \text{H}_2(v), v=0-14, \text{H}^+, \text{H}_2^+, \text{H}_3^+, \text{H}^-$和$e$。将体积平均稳态连续性方程与电子能量方程、总能量方程和腔壁传热方程耦合求解，得到等离子体组分的体积平均数密度、电子温度、重粒子温度和腔壁温度。GEVKM的补充是一套全面的表面和体积化学过程的振动和电离动力学的氢等离子体。为旁路管和喷嘴中的流动开发的分析边界条件考虑了稀疏效应，并通过将RFD室中的压力预测与压力测量值进行比较来验证。GEVKM在不同等离子体反应器的宽压力和吸收功率范围内进行了验证和确认，并用于HCNHIS的RFD室的参数研究，氢气入口流量为5-1000 sccm，吸收功率为200-1000 W。
2017-09-20 physics.plasm-ph
Internal vs. External Conductivity of a Dense Plasma: Many-particle theory and simulations
在长波长极限k=0下，研究了外场和内场的响应函数，分别用外电导率和内电导率表示。采用分子动力学方法模拟了电流-电流关联函数和动态碰撞频率，并与解析表达式进行了比较。特别注意的动态碰撞频率和等离子体振荡的情况下，k=0的描述。分析了外电导率和内电导率与电流-电流关联函数的关系。
2004-02-16 physics.plasm-ph
Confinement Efficiency and Stability of a Toroidal Magnetized Plasma Device with Sheared Magnetic Field Lines using an Internal Ring Conductor
在一个新的实验室环形等离子体装置中，包括由内部圆形导体产生的极向磁场，在不同的情况下，磁化等离子体的约束效率和湍流水平进行了研究。当建立足够的极向磁场时，等离子体密度大大增强。此外，当存在旋转变换时，通常在没有磁场线剪切的环形器件中发现的不稳定性和湍流被抑制。等离子体衰减时间的测量允许确定粒子的约束时间，其与玻姆扩散时间和由不同扩散模型（特别是新古典扩散）预测的值进行比较。
2012-11-09 physics.plasm-ph
Ion kinetic effects and instabilities in the plasma flow in the magnetic mirror
采用准中性混合动力学方法研究了等离子体流中有限离子温度和离子反射对等离子体运动的影响。结果表明，在冷离子极限下，粒子的速度分布与解析理论的预言吻合得很好，该理论预言了由于磁镜的最大磁场而形成的全局加速势，从而导致跨音速离子的速度分布。对于各向同性和各向异性分布的暖离子，也得到了全局跨音速离子速度分布。部分离子反射被观察到由于磁镜的组合效应和随时间变化的波动的电位作为一个结果的波破碎和不稳定性的区域时，流体的解决方案成为多值。尽管有部分反射，通过的离子的流动仍然遵循由磁场轮廓限定的全局加速轮廓。在模拟与反射边界条件模仿等离子体源，并允许捕获和通过离子之间的过渡，跨音速加速解决方案的全球性质被揭示为等离子体排气速度，最终定义在源区等离子体密度的约束。
2022-10-24 physics.plasm-ph
Analysis of a cusped helicon plasma thruster discharge
结合实验测量与混合PIC/流体模拟，研究尖峰磁场对紧凑型螺旋波等离子体推力器壁面损失、电子温度及性能的影响，并提出结构优化方向。
2023-07-18 physics.plasm-ph
The formation of atomic oxygen and hydrogen in atmospheric pressure plasmas containing humidity: picosecond two-photon absorption laser induced fluorescence and numerical simulations
大气压等离子体是活性物质的有效来源，使其适用于工业和生物医学应用。我们量化的基态密度的关键物种，原子氧（O）和氢（H），产生的混合物的水蒸气（高达0.5%）的氦原料气在射频驱动的等离子体在大气压下。使用双光子吸收激光诱导荧光的绝对密度测量需要精确的有效激发态寿命。对于大气压等离子体，由于激发态的快速碰撞退激发，需要皮秒分辨率。这些绝对的O和H密度测量，在喷嘴的等离子体射流，用于基准的活塞流，0 D化学动力学模型，不同的湿度含量，以进一步研究O和H的主要形成途径。结果发现，杂质可以发挥至关重要的作用，在小分子混合物的O的生产。因此，对于可控的反应性物质的生产，建议将分子故意混合到进料气体中，而不是依赖于环境分子。受控的湿度含量也被确定为一个有效的剪裁机制的O/H比。
2020-04-03 physics.plasm-ph
Internal energy of the classical two- and three-dimensional one-component-plasma
本文总结了几种半唯象方法来估计二维和三维单组分等离子体（OCP）的内能。特别注意的是一个混合的方法，它再现了Debye-H $\ddot{\text{u}}$ ckel渐近线在弱耦合的限制，离子球（3D）和离子盘（2D）渐近线在强耦合的限制，并提供合理的这两个限制之间的插值。本文还讨论了更精确地估计二维和三维OCP的内能的方法。这些分析结果的准确性量化与现有的数据从数值模拟比较。简要讨论了KTHNY理论在二维OCP中定位熔化转变的相关性。
2016-02-08 physics.plasm-ph
Thermodynamic properties of strongly coupled plasma in presence of external magnetic field
研究了在外加磁场作用下由尘埃粒子组成的汤川系统的热力学性质。假设在磁场存在下，尘埃粒子通过修正势相互作用。据此，得到了修正的内能表达式。一个分子动力学的代码开发，计算这个内能为整个系统。根据程序给出的内能值，计算了体系的亥姆霍兹自由能和压强。我们的研究显示了磁场存在下的一种新的内能行为。热力学性质受磁场的影响很大。这一研究有助于将内能表示为库仑耦合参数和磁场的函数。
2013-07-23 physics.plasm-ph
The internal disruption as hard MHD limit of 1/2 sawtooth like activity in Large Helical Device
LHD内移配置是不稳定的电阻MHD压力梯度驱动模式。在铲运机作业过程中观察到锯齿状活动。主要驱动因素是中间和内部等离子体区域中的不稳定模式$1/2$和$1/3$，其限制了LHD高级操作场景的等离子体约束效率。本研究的目的是研究$1/2$类磁活性的硬磁流体极限，在LHD操作中尚未观察到，并预测其对器件性能的影响。先前的研究指出，该系统弛豫可以是内部破坏[J. Varela等人，internal disruptions and dispersion like activity in LHD，38 th EPS Conference on等离子体物理，2011，P5.077]。在本工作中，我们模拟了一个内部破裂，我们研究了平衡的性质之前和之后的分裂过程中，它对等离子体约束效率的影响，在每个分裂阶段，$n/m = 1/2$硬MHD事件和软MHD事件之间的关系，以及如何避免或减少它们的不利影响。模拟结果指出，当压力梯度超过硬磁流体极限时，中间等离子体中的大随机区会发生强烈变形，并撕裂通量面。当不稳定性到达等离子体内部时，等离子体核附近的iota分布将受到扰动，在磁轴附近会出现三个磁岛。如果不稳定性强到足以连接中间等离子体（围绕半个小半径$ρ$）和等离子体核心（$ρ< 0.25$）中的随机区域，则驱动内部破裂。
2017-04-05 physics.plasm-ph
On the ionization equilibrium of hot hydrogen plasma and thermodynamic-consistency of formulating finite internal partition functions
在非理想氢等离子体系统中，研究和分析了化学图像中的化学相容性有限内部配分函数（IPF）问题，揭示了文献中广泛使用的化学配分函数中的不准确性和不一致性。在这里进行的分析，虽然执行的纯非理想氢等离子体的最简单的情况下，它显示了问题的所有具体特征，并可扩展到一般情况下的复杂的多组分等离子体混合物。给出了自由能构型分量可分性的判据，并给出了该问题的精确一致的表述。所提出的标准和引入的一致性制定的问题，明确在文献中的其他配方的歧义，并提供了一个更好的理解的问题。一个说明性的例子表明，所提出的一致性制定和条款的重要性，必不可少的热力学一致性，这是通常被忽视的其他作者在文献中的简单性和有效性。
2010-10-06 physics.plasm-ph
Recovery of parameters of fast nonlocal heat transport in magnetic fusion plasmas: testing a model of waves with high internal reflections
我们对模型的分析[J. Phys.：Conf.Ser.941（2017）012008]详细阐述了用于解释快速非局域传输事件的初始阶段，其在热扩散时间尺度上表现出电子温度的空间分布对其局部扰动的即时响应，表明电磁（EM）波的非局域传输需要太高的真空容器壁反射率来描述实验数据。在这里，我们尝试另一种模型，它假设高内反射，并与TEM波沿磁约束骨架纳米结构的“野生电缆”传输兼容。反演问题的恢复源和汇的波，和内部反射率，制定和解决。给出了托卡马克JET、TFTR和仿星器LHD数据分析的初步结果。
2019-01-12 physics.plasm-ph
Studies of DC biasing of internal ring on plasma rotation and transport in a toroidal geometry
我们报告的结果进行实验，研究如何直流偏置相对于等离子体电位影响的等离子体状态的环形几何形状的Blaamann设备在特罗姆瑟。在这里讨论的实验中，一个直径小于限制器的环被集中在等离子体的大部分内，其偏压相对于等离子体电位而变化。在环的电子饱和电流制度，一个显着减少的波动水平进行了观察，和剪切极向速度发生在环的低场侧。当环在离子饱和电流状态下保持浮动或偏置时，该剪切被定位在与径向传输的最大值相同的径向位置处。对于后者的环偏置，极向速度没有剪切环的低场侧。在没有速度剪切的情况下，径向输运类似于以前没有环的实验。由于速度切变，径向输运被破坏。这种等离子体状态，具有非常低的径向传输和波动水平，以及等离子体密度约1017 m-3，被认为是提供一个合适的等离子体波传播的研究，在磁化等离子体弯曲的磁场线没有端部效应。
2004-11-20 physics.plasm-ph
Energy-selective confinement of fusion-born alpha particles during internal relaxations in a tokamak plasma
使用环形磁密封的自持聚变反应堆的长脉冲操作需要控制由D-T聚变反应产生的α粒子的含量。一方面，MeV级的α粒子必须被限制在等离子体中加热。另一方面，减速的氦灰必须在稀释聚变燃料之前排出。我们的大型托卡马克等离子体的动力学-磁流体动力学混合模拟证实了一个参数窗口的存在，这种能量选择性约束可以通过利用内部弛豫事件被称为“碰撞”来完成。通过澄清磁漂移所起的作用，完成了由磁几何形状、最佳碰撞持续时间和快速粒子运动之间的协同作用组成的物理图像。除了造成同向和反向粒子群之间的不对称性外，磁漂移还通过决定粒子轨道拓扑中发生“重连”的位置和程度来确定限制窗口的大小。
2022-01-12 physics.plasm-ph
A self-sustaining mechanism for Internal Transport Barrier formation in HL-2A tokamak plasmas
本文通过非线性回旋动理学模拟研究HL-2A中内部输运垒的形成，提出分阶段机制：早期快离子稀释效应触发ITB，后期由ITB失稳的高频电磁扰动与带状流非线性耦合实现自维持。
2023-07-11 physics.plasm-ph
A drift kinetic model for the expander region of a magnetic mirror
本文提出了一个热等离子体在磁喷管外自由膨胀的漂移动力学模型。这个问题涉及等离子体空间推进系统、自然环境（例如太阳风）和来自镜面磁约束聚变概念（例如气体动力阱）的扩展器区域的端部损失。该模型结合了捕获和通过轨道类型中遇到的镜面膨胀器的几何形状和映射到上游的热分布。这种边界条件和准中性要求产生$\sim5 T_e/e$的双极电位降，从而形成电子的热势垒。电子和离子的速度分布和流体力矩的模型确认与数据从一个完全的动力学模拟。最后，该模型被扩展到占人口的快速晃动离子所产生的中性束加热磁镜内，再次导致良好的协议与相应的动力学模拟。
2021-05-04 physics.plasm-ph
Influence of the Radial Electric Field on the Shearless Transport Barriers in Tokamaks
在托卡马克中，通过修改等离子体电流分布产生的内部输运势垒减少了粒子输运并改善了等离子体约束。内部输运势垒的触发及其对等离子体轮廓的依赖性是一个关键的非线性动力学问题仍在研究中。我们认为发病的无剪切不变曲线等离子体内部创建内部传输障碍。本文用一个不可积的漂移动力学模型来描述漂移波驱动下的粒子输运，并研究托卡马克中的无剪切势垒起始。我们发现，对于目前观察到的等离子体轮廓的无剪切粒子传输势垒可以触发适当修改的电场配置文件和非共振模式的影响，在障碍发病。特别是，我们表明，一个破碎的障碍，可以通过增强非共振模式恢复。
2018-10-11 physics.plasm-ph
Compressed Ultrafast Photography of Plasmas Formed from Laser Breakdown of Dense Gases Reveals that Internal Processes Dominate Evolution at Early Times
本文利用压缩超快摄影研究高压气体激光击穿等离子体的早期演化，发现其收缩而非膨胀，且内部输运主导冷却过程，为研究稠密等离子体状态方程和流体动力学提供了理想体系。
2025-07-07 physics.plasm-ph
Plasma internal inductance dynamics in a tokamak
建立了托卡马克等离子体电流和电感随等离子体电阻、无感电流驱动源和边界电压或极向场（PF）线圈电流驱动的变化的集总参数模型。该模型包括一个新的配方，导致内部电感和等离子体电流动力学的精确方程。考虑到它在托卡马克感应控制系统中的应用，该模型以状态空间形式表示，这是使用现代控制系统理论设计控制系统的首选。系统状态的选择允许许多有趣的物理量，如等离子体电流，电感，磁能，电阻和电感通量等可作为输出方程。该模型是由能量守恒定理，通量平衡定理，以及一阶近似通量扩散动力学。这种近似的有效性已被检查使用的实验数据从JET显示出良好的协议。
2010-09-10 physics.ins-det physics.plasm-ph
Electrohydrodynamic coupling and stochastic branching in a miniaturized ns-pulsed He plasma jet
Université Sorbonne Paris Nord（索邦巴黎北大学）；University of Patras（帕特雷大学）；University of Cyprus（塞浦路斯大学）；University College London（伦敦大学学院）；Leibniz Institute for Plasma Science and Technology (INP)（莱布尼兹等离子体科学技术研究所）
通过实验与CFD模拟，研究微米级大气压氦等离子体射流中放电与流动的耦合，发现0.3 slm流量下放电能量最高、射流准直最佳，并首次定量分析了随机分支现象。
2026-06-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear evolution of the m=1 internal kink mode in the presence of magnetohydrodynamic turbulence
数值研究了托卡马克堆芯等离子体被低磁剪切湍流区包围时，m=1内扭结模的非线性演化。作为一个起点，我们选择配置与三个附近的q=1的表面，三重撕裂模式（TTM）与高极向模数m是不稳定的。虽然振幅仍然很小，但快速增长的高m TTM增强了m=1不稳定性的增长。这被解释为一种快速触发机制。TTM导致部分坍缩，在未连接的核心等离子体周围留下q ~= 1的湍流带。虽然，完全重联可以发生，如果核心位移增长足够大，它表明，湍流可以积极地防止进一步重联。这是定性类似于实验观察到的部分dos崩溃与后光标振荡由于饱和的内部扭结。
2006-05-05 physics.plasm-ph
Effects of the Internal Transport Barrier in the plasma confinement with Resonant Magnetic Perturbations
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；Universidade Federal do Paraná（巴拉那联邦大学）
本研究提出含内输运垒的电流解析模型，通过哈密顿映射分析发现反向剪切拓扑虽利于低电流下ELM控制，但显著降低了对RMP导致全局约束丧失的安全裕度。
2026-09-24 nlin.CD physics.plasm-ph
Internal surface plasmon excitation as the root cause of laser-induced periodic plasma structure and self-organized nanograting formation in the volume of transparent dielectric
考虑到小尺度电离场不稳定性的可能性，对聚焦飞秒激光脉冲在透明介质（熔融石英）中产生的光学放电的动力学进行了计算机模拟。采用Maxwell Garnett公式建立了纳米分散非均匀介质模型，考虑了熔融石英中微小杂质的存在。计算的结果使得有可能揭示以前未知的物理机制，该机制确定了在每个单个击穿脉冲中形成的有序等离子体场结构的周期性，并且是暴露于一系列重复脉冲的介电材料中的有序体积纳米光栅形成的根本原因。在这一机制中，有两个要点具有决定性意义：（i）在与入射激光脉冲反向传播的击穿波前处形成薄的超临界等离子体层，以及（ii）在该波前处激发“内表面等离子体激元”，导致等离子体中随机种子扰动的相应空间谐波的快速放大以及周期等于表面等离子体激元的波长（电介质中波长的0.7）。
2020-06-26 physics.optics physics.plasm-ph
Ultra Long Turbulent Eddies, Magnetic Topology, and the Triggering of Internal Transport Barriers in Tokamaks
托卡马克等离子体的局部非线性回旋动力学模拟表明，当磁场切变很小时，湍流涡旋可以沿磁场线延伸数百个极向圈。通过准确地模拟不同的场线拓扑结构（例如低阶，几乎合理的，或不合理的安全系数），我们表明，这种“超长”的涡流的并行自相互作用可以显着减少热传输。这揭示了新的策略，以提高约束，构成实验可检验的预测，并阐明了过去的观察内部传输障碍。
2022-08-12 physics.plasm-ph
Effects of Unequal Electron-Ion Plasma Beta on Pressure-Strain Interaction in Turbulent Plasmas
Clemson University（克莱姆森大学）；University of Delaware（特拉华大学）
研究不等电子-离子温度对湍流等离子体中压力-应变相互作用的影响，揭示热不平衡如何影响物种依赖的加热率。
2025-12-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic turbulence in EAST plasmas with internal transport barrier
CAS Key Laboratory of Frontier Physics in Controlled Nuclear Fusion, School of Nuclear Sciences and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学院前沿物理国家重点实验室，核科学与技术学院，中国科学技术大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine（加州大学尔湾分校物理与天文学系）
本研究通过全局非线性电磁 gyrokinetic 模拟，揭示弱反剪切 EAST 托卡马克 ITB 区域的电磁湍流特性，发现电磁效应可抑制高频 ITG 模、增强带状流剪切以降低热导率，为准确计算输运系数提供关键依据。
2026-07-30 physics.plasm-ph
The toroidal flux and separatrix effects in tokamaks
Columbia University（哥伦比亚大学）
本文强调环向磁通在托卡马克中的重要性，通过解析模型展示分界面对平衡的影响，并建议使用环向磁通作为径向坐标以简化参数识别。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Observations of Heteroclinic Bifurcations in Resistive MHD Simulations of the Plasma Response to Resonant Magnetic Perturbations
在单流体和双流体电阻磁流体动力学（MHD）模拟中，发现了旋转球形托卡马克等离子体中一类新的静态磁流体动力学（MHD）磁岛分叉。随着外部施加的非轴对称磁场扰动的幅度在这些模拟中增加，构成等离子体中的共振螺旋磁岛的子集的内部通量表面逐渐伸长并经历异宿线分叉。分叉的结果是产生一组新的双曲椭圆不动点，正如Poincaré-Birkoff不动点定理所预言的那样。场线计算不包括电阻MHD等离子体响应所施加的扰动场不经历这类分叉，表明在分叉过程中的等离子体自组织的重要性。
2018-06-12 physics.plasm-ph
Formation of collisionless shocks in magnetized plasma interaction with kinetic-scale obstacles
我们调查的形成碰撞磁化冲击触发磁化等离子体流和微型（等离子体动力学尺度的顺序）磁障碍之间的相互作用诉诸大规模并行，全粒子模拟，包括电子动力学。通过独立地改变偶极磁矩和等离子体磁化强度的大小来确定在这些物体前面产生压缩等离子体区域的临界障碍物尺寸。我们发现，障碍物的有效尺寸取决于偶极和等离子体内部磁场之间的相对取向，我们表明，这可能是至关重要的，以形成一个小尺度结构的冲击。我们研究了不同磁场位形下磁层顶的微观物理，并与全三维模拟结果进行了比较。最后，我们评估的参数范围，这样的微型磁化冲击，可以在实验室实验中探索。
2017-01-19 physics.plasm-ph
Magnetic topology and current channels in plasmas with toroidal current density inversions
研究了具有环向电流密度反转的轴对称等离子体中的平衡磁场。结构稳定的非嵌套的磁性表面被认为是。对于内部电流密度的任何反转，磁族定义了围绕中心负电流的几个正电流通道。根据拓扑各向异性参数导出了正、负电流的一般表达式。接下来，一个分析的局部解的极向磁通量的推导和兼容的文献中所示的电流空心磁间距测量。最后，分析解决方案表现出非嵌套的磁性家庭与积极的各向异性，表明内的正通道的电流至少有两倍的中心的幅度。
2013-04-03 physics.plasm-ph
Internal energy of high density Hydrogen: Analytical approximations compared with path integral Monte Carlo calculations
本文用两种不同的解析近似方法（有效离子-离子相互作用势方法- EIIP和化学图像内的Padé方法- PACH）计算了$T = 10,000 ... 50,000 K$温度范围内高密度氢等离子体的内能，并与路径积分Monte Carlo结果进行了比较。从三个独立的计算得到的结果之间的合理协议被发现，仍然存在的差异的原因进行了调查。有趣的高密度现象，如集群的形成和结晶的发病进行了讨论。
2001-10-04 physics.plasm-ph
Ion acceleration during internal magnetic reconnection events in TST-2
本文用中性粒子能量分析仪（NPA）研究了东京球形托卡马克（TST-2）内磁重联事件（IRE）中离子的加速特性。长径和短径分别为0.38 m和0.25 m。磁场强度为0.3T，最大等离子体电流达140 kA。电子和离子温度分别为0.4-0.5 keV和0.1 keV，电子密度约为1 × 1019 m-3。NPA可以从q = 74（cw）到q = 114（ccw）进行环形扫描，其中q = 90对应于垂直视线。等离子体电流的方向为cw。NPA信号每隔50 ms进行数字化。NPA在0.1 keV < E < 8.4 keV的能量范围内进行校准。当IRE发生时，可以观察到等离子体电流增加了~ 20%，环路电压从0.6 V下降到-5 V，持续~ 0.1 ms。对于这个重连阶段，在~ 1 keV处观察到超过一个数量级的电荷交换通量增强。离子温度在IRES处增加80 eV。Ti增量的角度q依赖性表明DTi（q = 74）高于q = 114。这一观察结果表明，离子最初是沿磁场线方向加速的。考虑到电场的影响，用Fokker-Planck程序模拟了离子分布函数随时间的演化。
2004-10-23 physics.plasm-ph
On plasma radiative properties in stellar conditions
恒星演化的知识正在迅速发展，这要归功于越来越多的机会来仔细检查恒星内部等离子体的性质，通过恒星地震学和一维和三维模拟。这些新工具有助于我们在恒星建模中引入内部动力学现象。适当地包括这些过程假设在所使用的微观物理学中有真正的信心，部分地由太阳或恒星声学模式检查。在本论文中，我们首先回顾了哪些基础物理学最近被日震学所证实。然后，我们回顾，不透明度是一个重要组成部分的长期演变的恒星，我们指出，为什么它是必要的，以测量吸收系数和电离度在实验室中的一些确定的天体物理条件。我们研究了两个特定的实验条件，这是访问大型激光设施，并适合于解决一些有趣的问题的恒星社区：太阳内部辐射相互作用正确估计和什么是适当的作用，激发的非径向模式的包络线的$β$仙王座和Be星的不透明度？最后指出了实验方法需要克服的困难。
2012-01-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A critique of recent semi-classical spin-half quantum plasma theories
某些最近的半经典自旋半量子等离子体理论的内部一致性，物理适用性和相关的融合，天体物理和凝聚态等离子体检查。它表明，在这些理论的推导和得到的一些结果是内部不一致的，并违背了量子力学和统计力学的既定原则，特别是在他们的治疗费米子和自旋。声称大的半经典效应的自旋磁矩，可以主导等离子体动力学被发现是无效的，无论是单粒子和集体。高温下拉莫尔矩占主导地位，而低温下由于泡利阻塞，自旋矩取消。从各种等离子体的显式的数值估计提供证明，自旋效应确实比许多被忽视的经典效应小得多。所作的分析表明，上述“自旋量子流体力学”理论与传统的实验室或天体物理学等离子体无关。
2014-09-01 cond-mat.other physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Development of a Multi-Physics Approach for Modelling the Response of Aerospace Fastener Assemblies to Lightning Attachment
这项工作是有关的发展的数值模拟方法，用于研究的时间精确的响应航空航天紧固件受到高电流负载从模拟雷击。通过这种方法捕获单个紧固件组件的电磁，热和弹塑性响应，允许紧固件设计和材料分层的关键分析。在高电流负载下，紧固件组件中的气体填充腔的电离可导致穿过内部空隙的可行电流路径。这种电离可以通过焦耳加热效应导致高压等离子体的局部口袋。在本文中开发的多物理方法扩展了现有的方法，允许双向动态非线性耦合的等离子弧，钛航空航天紧固件组件，周围的飞机面板，内部支撑结构和内部等离子体填充腔。从这个模型的结果进行了比较与实验测量的钛紧固件保持在一起的碳复合材料板分离的薄介电层。电流分布测量结果被证明是准确再现。的参数研究是用来评估的内部腔体建模策略，并量化的内部腔体的等离子体压力，电流分布和内部腔体的几何形状的变化之间的关系。
2022-09-07 cs.CE physics.app-ph physics.comp-ph
Noble internal transport barriers and radial subdiffusion of toroidal magnetic lines
磁力线运动的单一轨迹表明持久性的中央保护等离子体核心，包围在一个双面运输障碍的混沌壳：后者被确定为由两个Cantori位于两个连续的“最高贵”的数值的扰动安全因子，并形成一个内部运输障碍（ITB）。成功穿过这个势垒的磁力线开始在一个广阔的混沌海中游荡，一直延伸到一个非常坚固的势垒（只要L<1），这个势垒在数学上被认为是等离子体边缘的坚固的KAM表面。在这种情况下，运动被证明是间歇性的，与长阶段的伪陷阱在混乱的壳，或坚持周围的岛屿遗迹，预期连续时间随机游走。
2002-05-31 nlin.CD physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of Alfvén wave parametric decay in a low-beta plasma
本文用一维全动理学模拟研究低β等离子体中阿尔文波参量衰变，揭示质子俘获与快型可压缩前沿两种加热机制，发现质子获得约50%、电子获得约10%的泵波能量。
2023-01-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Acceleration and focusing of positron bunch in a dielectric waveguide accelerator with homogeneous plasma in transport channel
本文给出了等离子体介质尾场加速器中正电子束团聚焦的数值PIC模拟结果。尾场由驱动电子聚束在石英介质管中激发，并嵌入圆柱形金属波导中。介质管的内部区域已经填充有径向均匀的等离子体，在一般情况下具有沿波导轴的真空通道。数值模拟结果表明，在尾流场中，正电子束团的加速和聚焦是可能的。研究了正电子束团的输运和加速与真空通道尺寸和波导长度的关系。
2021-12-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Simulating Quantum Magnetism with Correlated Non-Neutral Ion Plasmas
通过使用依赖于原子离子的内部电子态（或自旋）的力，可以以自旋依赖的方式修改离子的强耦合阵列的库仑势能以模拟有效量子自旋哈密顿量。铁磁和反铁磁相互作用都可以实现。我们使用简单的模型来解释如何设计有效的自旋相互作用与捕获离子晶体。我们总结了有效的自旋相互作用，可以很容易地产生的类型，并讨论了实验实现使用单面离子晶体中的潘宁陷阱。
2013-03-01 physics.plasm-ph quant-ph
