Effects of collisions on conservation laws in gyrokinetic field theory
基于回旋运动场论，研究了碰撞对环形等离子体守恒律的影响。关联的碰撞系统与相应的碰撞系统在一个给定的时间，使这两个系统具有相同的分布函数和电磁场瞬间，它示出了如何碰撞项修改的无碰撞守恒定律从诺特定理。在陀螺运动方程中加入外源项的影响可以用与碰撞效应类似的公式表示。利用一种新的回旋碰撞算符，系统地导出了包含碰撞和湍流输运通量的粒子、能量和环向动量平衡方程，并给出了回旋中心空间中能量和正则环向角动量的碰撞变化率的保守形式.在本工作中给出的粒子，能量和环形动量的整体平均输运方程，包括经典，新古典和湍流输运通量同意从传统的递归公式。
2015-08-11 physics.plasm-ph
Is Turbulence able to Generate Magnetic Islands in Tokamaks? Gyrokinetic Simulations of Turbulence-Driven Magnetic Islands in Toroidal Geometry
本研究利用环形几何中的陀螺动力学模拟，揭示微观不稳定性通过 E×B 流驱动重联并形成、合并磁岛的普适机制，且该机制不依赖微观不稳定性的宇称。
2025-09-29 physics.plasm-ph
Linear and nonlinear benchmark of gyrokinetic simulation of energetic particle driven toroidal Alfven eigenmodes in ITPA TAE benchmark case
Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Science（中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
本文在ITPA TAE基准案例中对TEK代码开展线性与非线性基准测试，其非线性结果与解析理论吻合，为未来代码间非线性基准提供了数据。
2026-08-10 physics.plasm-ph
Self-consistent gyrokinetic modelling of turbulent and neoclassical tungsten transport in toroidally rotating plasmas
本文利用全局非线性回旋动理学代码GYSELA模拟环向旋转下钨的湍流与新经典输运，揭示离心力导致的极向不对称、向内聚集及旋转扩散引发的向外湍流通量。
2023-04-25 physics.plasm-ph
Multiscale Gyrokinetics for Rotating Tokamak Plasmas II: Reduced Models for Electron Dynamics
在本文中，我们扩展了[Abel et.例如，代表计划物理、提交]通过利用离子和电子之间的尺度分离。将回旋动力学方程展开为电子与离子质量比的幂，从而为导出约化电子模型提供了一种严格的方法。我们证明了离子尺度的电磁扰动不会改变磁拓扑结构，并认为最低阶的磁场位于涨落通量面上。这些通量表面被用来构建磁坐标，并在这些坐标系中的电子响应离子尺度湍流的方程的封闭系统的推导。所有快电子时标都已从这些方程中消除。我们还使用这些磁表面构造的约化电子模型的电子和电子热的输运方程。
2013-02-28 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulation of the spontaneous toroidal rotation of plasma in a stochastic magnetic field
本文通过动理学模拟研究了随机磁场中等离子体的自发环向旋转，发现共振磁扰动通过双极径向电场驱动旋转，且碰撞效应在几次离子-离子碰撞时间后将其从回流转变为刚体流动，解释了DIII-D实验观测。
2024-06-02 physics.plasm-ph
The linear tearing instability in three dimensional, toroidal gyrokinetic simulations
使用全球陀螺动力学湍流代码GKW对三维环形几何中的经典撕裂模式进行了线性陀螺动力学模拟。结果与圆柱形理想磁流体动力学和解析理论计算结果进行了比较。通过改变电流分布、碰撞度和压力梯度，研究了该模式的稳定性、增长率和频率。无碰撞和半碰撞撕裂模式被发现与两者之间的平滑过渡。一个剩余的，有限的，旋转频率的模式，即使在缺乏压力梯度的观察，这是由于环形有限Larmor半径的影响。当在低碰撞性下存在压力梯度时，模式以预期的电子抗磁频率旋转。然而，岛旋转反转方向在高碰撞。的增长率被发现遵循$η^{1/7}$标度与碰撞电阻率在半碰撞制度，紧随Fitzpatrick发现的半碰撞标度。该模式的稳定性密切遵循的稳定性，使用电阻MHD理论，然而，由于环形耦合和压力效应的修改被视为。
2014-08-01 physics.plasm-ph
A toroidally spectral field solver in the X-point Gyrokinetic Code for accurate simulation of reduced magneto-hydrodynamic modes
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Fiat Lux, LLC（Fiat Lux有限责任公司）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Jubilee Development；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
在全局电磁总f回旋动理学粒子云网格代码XGC中实现了一种新的场求解器，通过放弃大环径比假设并采用环向谱离散化，提高了对大规模MHD型模式（如内扭曲模、撕裂模和剥离模）的求解精度。
2026-06-25 physics.plasm-ph
Energetically-consistent collisional gyrokinetics
我们提出了一个具有能量和正则环动量精确守恒律的碰撞回旋理论。碰撞占一个非线性的回旋Landau算子。陀螺平均和线性化不破坏算子的守恒性质。正如在普通动力学理论中一样，碰撞回旋动力学理论的守恒律是由极限无碰撞回旋动力学理论选择的。
2015-05-20 physics.plasm-ph
ORB5: a global electromagnetic gyrokinetic code using the PIC approach in toroidal geometry
本文介绍了全球陀螺动力学代码ORB 5的当前状态，作为对以前参考文献[Jolliet等人，Comp. Phys. Commun. 177 409（2007）]。ORB 5代码使用PIC方案求解电磁Vlasov-Maxwell方程组，还包括碰撞和强流。该代码假设多个回旋离子物种在所有波长的极化密度和漂移动力学电子。可以为电子选择物理模型的变体，例如假设绝热响应或"混合“模型，其中假设通过的电子是绝热的，而捕获的电子是漂移动力学的。傅立叶滤波器以及各种控制变量和降噪技术使仿真能够以有限的数值成本获得良好的信噪比。他们完成了不同的动量和纬向流守恒热源允许温度梯度和通量驱动的模拟。该代码在CPU和GPU上运行，与其他类似代码和分析预测进行了很好的基准测试，并显示出良好的可扩展性，可扩展到数千个节点。
2019-05-06 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of toroidal Alfven eigenmode (TAE) turbulence
针对环向阿尔芬本征模（TAE）影响聚变等离子体性能的问题，本研究采用全回旋动理学方法，明确了TAE的驱动机制与饱和关键因素，并发现其非线性拍频现象或有助于托卡马克中的TAE探测。
2024-04-29 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulation of magnetic island induced ion temperature gradient turbulence in toroidal plasma
本研究通过回旋动理学模拟发现，磁岛可独立驱动ITG湍流，并诱发涡旋流；磁岛越宽，涡旋流越宽，输运越强，当磁岛宽度达21倍离子回旋半径时，湍流输运水平与压力梯度驱动相当。
2023-12-27 physics.plasm-ph
Excitation of Zonal Flow by Intermediate-Scale Toroidal Electron Temperature Gradient Turbulence
研究表明，托卡马克等离子体中的中等尺度环形电子温度梯度（ETG）湍流可以优先激发纬向流。以前的理论研究得出了相反的结论，假设ETG模式的流体近似。在这里，我们进行了陀螺动力学分析，最终产生一个非线性薛定谔方程的ETG动力学与Navier-Stokes型非线性。对于典型的托卡马克参数，发现带状流的产生对中等尺度ETG湍流起着重要的作用。这一发现为最近的多尺度陀螺动力学模拟提供了解释。
2020-11-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of toroidal Alfvén eigenmode saturation via nonlinear wave-wave coupling
本文证明了非线性回旋动理学理论是研究聚变等离子体中环向 Alfvén 本征模（TAE）非线性波波耦合过程（如带状场激发、频率级联和跨尺度耦合）的必要工具。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Energetic Consistency and Momentum Conservation in the Gyrokinetic Description of Tokamak Plasmas
陀螺运动场论是在一般哈密顿量的背景下解决的。背景磁几何是静态的和轴对称的，并且拉格朗日量对动力学变量的所有依赖都是在哈密顿量或自由场项中。场的方程由函数导数给出。通过哈密顿量的对称性与时间和几何的环角不变性导致能量和环动量守恒。在对涨落幅度的不同排序水平中，能量一致性是精确的。强调了这一点在支持守恒定律中的作用。局部输运方程的涡量，环动量，和能量的推导。特别是，动量方程示出任何形式的哈密尔顿表现良好，并放宽其磁流体动力学（MHD）的形式时，采取长波长近似的哈密尔顿。目前使用的几种形式，这些形式的基础上，大多数全球性的模拟，被证明是很好地定义内的gyrokinetic场论和精力充沛的一致性。
2010-10-11 physics.plasm-ph
Intrinsic toroidal rotation driven by turbulent and neoclassical processes in tokamak plasmas from global gyrokinetic simulations
本研究利用全局全f回旋动理学代码XGC模拟DIII-D H模等离子体，发现漂移轨道平行动量通量与E×B动量通量对残余应力贡献显著，揭示了其在本征环向旋转研究中的重要性。
2024-05-28 physics.plasm-ph
Pullback transformation in gyrokinetic electromagnetic simulations
结果表明，一个相当大的改善，在全球陀螺运动的电磁模拟，可以实现通过稍微修改的模拟方案。新方案得到了验证，模拟了托卡马克几何结构中的环形Alfvén本征模在低垂直模数，所谓的“MHD极限”。此外，电磁漂移模式已成功地模拟在仿星器。
2014-07-15 physics.plasm-ph
Multiscale nature of the dissipation range in gyrokinetic simulations of Alfvénic turbulence
在第一个回旋动力学模拟中，分析了从MHD范围的尾部到电子回旋半径尺度的所有尺度上Alfvén波湍流中的非线性能量传递和耗散。对于典型的太阳风参数在1 AU，约30%的非线性能量传递接近电子回旋半径尺度介导的模式在尾部的MHD级联。碰撞耗散发生在整个动力学范围$k_\perpρ_i\gtrsim 1$。因此，这两种机制都作用于多个耦合尺度上，为了全面了解Alfvénic湍流中的耗散范围，必须保留这些尺度。
2015-07-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical description of turbulent transport for flux driven toroidal plasmas
提出了一种新的方法来分析全球全f陀螺动力学模拟中间歇性湍流输运的非高斯概率分布函数（PDF）。在这项工作中，自回归积分移动平均（ARIMA）模型应用于间歇性湍流热传输的时间序列数据，以分离噪声和振荡趋势，允许提取的PDF的非高斯特征。结果表明，非高斯尾巴的PDF从第一原理为基础的陀螺动力学模拟同意的分析估计的基础上的两个流体模型。
2017-06-09 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulation of ITG turbulence with toroidal geometry including the magnetic axis by using field-aligned coordinates
摘要将静电陀螺动力学非线性湍流全球程序NLT的场向坐标模拟域扩展到包括磁轴。用自然边界代替磁轴附近的人工边界。在Vlasov求解器中，通过考虑场向坐标系中固定网格点的空间关系，处理了磁轴处的奇异性。提出了一种新的泊松方程求解器，利用高斯定理导出了方程组的系数矩阵。对绝热电子作用下的ITG湍流进行了非线性弛豫实验。通过在模拟域中包括磁轴，陀螺中心守恒得到了很大的改善。在没有磁轴的情况下，得到的纬向场和扰动静电势的径向分布与前人的结果不同。
2018-09-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Verification of long wavelength electromagnetic modes with a gyrokinetic-fluid hybrid model in the XGC code
作为动力学电子的替代选择，回旋动力学总f粒子单元（PIC）代码XGC 1已经通过将回旋动力学PIC离子与无质量漂移流体电子相结合而扩展到MHD/流体类型电磁区域，类似于Chen和Parker，Physics of Plasmas 8，441（2001）。两个代表性的长波长模式，剪切阿尔文波和电阻撕裂模式，在圆柱形和环形磁场的几何形状进行了验证。
2017-02-16 physics.plasm-ph
Integrating Gyrokinetic Flux Predictions with Ideal MHD Stability Boundaries
General Atomics（通用原子能公司）；UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)（英国原子能管理局）
提出一种集成台基-稳定性工作流，结合平衡扫描、MHD稳定性分析和回旋动理学输运预测，再现KBM第一和第二稳定性结构，并应用于球形托卡马克和SPARC类高环向场等离子体。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Development of a gyrokinetic-MHD energetic particle simulation code Part II: Linear simulations of Alfvén eigenmodes driven by energetic particles
本文开发了混合程序GMEC，结合场向坐标、有限差分、龙格-库塔法和PIC方法，成功实现了托卡马克中高能粒子驱动的环形及反剪切阿尔芬本征模线性模拟验证。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Multiscale Gyrokinetics for Rotating Tokamak Plasmas: Fluctuations, Transport and Energy Flows
本文提出了一个完整的托卡马克等离子体湍流和输运的理论框架。等离子体湍流中存在的基本尺度分离被编码为回转半径与平衡尺度长度之比的渐近展开。在此展开中逐阶进行，开发了等离子体湍流的框架。它包括一个瞬时的平衡，在平衡量的梯度驱动的波动，和这些量的平均配置文件的波动驱动的运输时间尺度的演变。平衡分布函数是局部麦克斯韦函数，每个通量面作为一个刚体作环形旋转。由旋转等离子体的Grad-Shafranov方程得到磁平衡，由安全因子q的演化方程给出磁场的慢（电阻）演化。新古典理论给出了分布函数与麦克斯韦分布函数的大尺度偏差。的波动是由高流量的回旋方程，从中我们推导出的控制原则，在托卡马克回旋湍流：守恒和本地级联的自由能。导出了平均密度、温度和流速分布演化的输运方程。这些输运方程显示了新古典修正和涨落是如何通过通量和加热作用于平均廓线的。导出了平均轮廓的能量和熵守恒定律。总能量守恒，没有净湍流加热。熵是由通量平坦梯度、欧姆加热和平均温度平衡的作用产生的。最后，在低马赫数极限下，将这个框架压缩成一组适于数值实现的简明方程。
2013-12-02 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the effects of magnetic islands on microturbulence in KSTAR
该研究通过回旋动理学模拟揭示 KSTAR 中磁岛增强 ITG 湍流粒子与热输运的机制，并在频谱和波矢谱上与实验定量吻合。
2025-01-08 physics.plasm-ph
Neural network assisted electrostatic global gyrokinetic toroidal code using cylindrical coordinates
为克服磁通坐标在磁分界面处的奇异性限制，开发了神经网络辅助的柱坐标全局回旋动理学代码G2C3，利用神经网络混合方案加速粒子定位与场插值，并成功验证了DIII-D托卡马克的线性离子温度梯度模拟。
2024-08-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Metriplectic foundations of gyrokinetic Vlasov-Maxwell-Landau theory
这封信报告的metriplectic制定的碰撞，非线性全$f$电磁陀螺理论符合能量守恒和单调熵产生。在轴对称背景磁场中，环向角动量也是守恒的。值得注意的是，一个新的碰撞电流，有助于回旋麦克斯韦-安培方程和回旋电荷守恒定律，被发现。
2022-03-16 physics.class-ph physics.plasm-ph
Symplectic gyrokinetic Vlasov-Maxwell theory
本文提出了一种新的Vlasov-Maxwell电磁陀螺运动理论，其中陀螺中心运动方程仅用扰动电场和扰动磁场表示。在这种表示中，陀螺中心辛（泊松括号）结构和陀螺中心雅可比矩阵包含与标准的一阶陀螺中心极化和磁化条款，传统上出现在回旋麦克斯韦方程组的电和磁扰动项。此外，陀螺中心极化漂移（包括扰动磁场校正）现在明确出现在陀螺中心速度。辛回旋动力学的弗拉索夫-麦克斯韦方程组是自洽地从一个约束欧拉变分原理，它产生精确的能量动量守恒定律（通过Noether方法），明确验证。在轴对称背景磁场的假设下，导出了一个精确的环面正则角动量守恒定律。
2020-09-24 physics.plasm-ph
Gyrokinetic equilibria of high temperature superconducting magnetic mirrors
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Puerto Rico, Mayagüez Campus（波多黎各大学马亚圭兹分校）
本文利用新型多尺度方法实现30000倍加速，通过显式全f陀螺动力学代码计算高温超导磁镜的动力学平衡，并验证了与解析理论的一致性。
2026-08-27 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of ASDEX Upgrade up to the transport time-scale with GENE-Tango
准确描述湍流的传输时间尺度是必不可少的预测核心等离子体的配置文件，并使可靠的计算设计先进的方案和未来的设备。在这里，我们利用湍流和运输时间尺度之间的间隙分离，并耦合全球gyrokinetic代码GENE的运输求解器探戈，包括动力学电子，碰撞，现实的几何形状，环形旋转和电磁效应的第一次。这种方法克服了陀螺动力学代码的局限性，并使高保真度的轮廓计算在实验相关的等离子体条件下，显着降低了计算成本。我们目前的数值计算结果的GENE-Tango两个ASDEX升级放电，其中之一表现出明显的峰化的离子温度分布没有重现TGLF-ASTRA。我们表明，GENE-Tango可以正确捕获实验中观察到的离子温度峰值。通过在GENE模拟中保留不同的物理效果，例如，碰撞，环向旋转和电磁效应，我们证明了离子温度分布的峰值是由于电磁效应的亚边缘MHD不稳定性。基于这些结果，预期的GENE-Tango加速的ITER标准方案是大于两个数量级相比，一个单一的gyrokinetic模拟运输时间尺度，可能使第一原理ITER模拟可行的当前计算资源。
2022-04-12 physics.plasm-ph
A current driven electromagnetic mode in sheared and toroidal configurations
托卡马克中的感应电场驱动平行的电子流。在非均匀、有限的β等离子体中，当电子流与离子热速度相当时，电磁陀螺动力学方程的阿尔文模式波解可以变成几乎纯粹增长的扭结模式。使用为动量传输研究开发的新的“低流量”版本的陀螺动力学代码GS 2 [Barnes等人2013 Phys.Rev.Lett. 111，055005]，我们能够模拟感应平行电场对电子分布的影响，以研究电流对稳定性的不稳定影响。我们确定高模式数扭结模式在GS 2模拟和剪切磁几何分析理论进行比较。我们表现出令人放心的协议与分析结果的模式频率和增长率的参数依赖性，以及关于径向模式结构。
2014-01-06 physics.plasm-ph
Linear and Nonlinear Dynamics of Self-Consistent Collisionless Tearing Modes in Toroidal Gyrokinetic Simulations
本文利用 ORB5 回旋动理学模拟研究无碰撞托卡马克中电流梯度驱动的撕裂模，揭示磁岛饱和、开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动的衰减、抗磁旋转及高 beta 下向类动理学气球模转变的非线性动力学机制。
2024-10-15 physics.plasm-ph
Global linear and nonlinear gyrokinetic modelling of Alfvén eigenmodes in ITER
本文给出了ITER托卡马克装置15 MA方案下，利用ORB 5程序的全局非线性电磁陀螺动力学模型对Alfvénic不稳定性，特别是环形Alfvén本征模（TAE）进行线性和非线性模拟。线性模拟表明，椭圆阿尔文本征模和奇宇称TAE只有弱阻尼，但不受α粒子的激发，其驱动有利于偶宇称TAE。发现低众数TAE是全局性的，需要全局治疗。非线性地，即使在标称EP密度加倍的情况下，单模模拟也会导致饱和，而EP传输可忽略不计，然而多模模拟预测，在标称EP密度加倍的情况下，将发生增强的饱和和显著的EP再分布。
2020-12-10 physics.plasm-ph
Quasilinear flux model consistent with gyrokinetic ordering
National Institute for Fusion Science（日本国立核聚变科学研究所）；Zhejiang University（浙江大学）
本文提出一种准线性通量模型，通过多尺度回旋动能学有序关系确定饱和幅度，无需非线性模拟校准。该模型在离子尺度上能复现非线性结果，但电子通量主要在电子尺度生成，表明当前线性框架无法捕捉电子输运向离子尺度的转移。
2026-04-27 physics.plasm-ph
Verification of the global gyrokinetic stellarator code XGC-S for linear ion temperature gradient driven modes
XGC（X-point Gyrokinetic Code）是一个全体积、全f Gyrokinetic Particle-in-Cell程序，用于托卡马克的建模。在最近的工作中，XGC已被扩展到更一般的三维环形磁配置，如仿星器模型。这些改进导致了XGC-S版本。在本文中，XGC-S的线性静电离子温度梯度驱动的微不稳定性，这可能是在仿星器湍流输运的基础为基准。XGC-S在托卡马克几何中的初始基准显示出与XGC 1，ORB 5和全球GENE代码的良好一致性。XGC-S和EUTERPE全球仿星器陀螺动力学代码之间的基准测试也已经完成，这次是在优化仿星器Wendelstein 7-X的几何结构中。已发现良好的协议的模式数谱，模式结构，和增长率。
2019-05-14 physics.plasm-ph
Ion temperature profile stiffness: non-linear gyrokinetic simulations and comparison with experiment
最近在JET的实验观察表明，离子温度剖面刚度降低的证据，假设是由于伴随的低磁剪切（S）和显着的环形旋转流剪切。非线性陀螺动力学模拟进行，旨在调查背后的观察的物理机制。进行了一组全面的模拟，比较不同的数据集内的各种参数对离子热通量的影响。这些参数包括q、s、转动、转动对磁流体力学（MHD）平衡的影响、R/L_n、β_e、Z_eff和快粒子含量。环向流剪切本身的影响是没有预测的模拟导致离子热通量的显着减少，由于流动剪切和显着的平行速度梯度不稳定的幅度不足。然而，它被发现，非线性电磁效应，由于热和快粒子的压力梯度，即使在低β_e，可以显着降低轮廓刚度。总共五个放电检查，在内外半径。对于所有的情况下研究，模拟和实验离子热通量值同意在合理的输入参数的变化范围内的实验不确定性。
2013-07-16 physics.plasm-ph
Nonlinear saturation of toroidal Alfven eigenmodes via nonlinear mode couplings
本文提出了聚变等离子体中环形Alfven本征模（TAE）饱和机制的非线性模耦合的回旋运动理论，包括：1）TAE参数衰减为低动模（LKTAE）和测地声模（GAM）; 2）通过离子诱导散射增强TAE与剪切Alfven波（SAW）的耦合。我们的理论表明，对于实际感兴趣的参数范围内的TAE饱和，具有可比散射截面的几个过程可以是同样重要的。
2018-10-12 physics.plasm-ph
The energetic coupling of scales in gyrokinetic plasma turbulence
从自由能交换的角度分析了磁化等离子体湍流中由于非线性相互作用而引起的垂直空间尺度的耦合。在这里考虑的等离子体，适当的离子或电子绝热电中性响应，所描述的回旋形式主义的环形磁几何。由于温度梯度不稳定性（离子温度梯度（ITG）或电子温度梯度（ETG））驱动的静电涨落，湍流发展。该分析包括将系统分解成一系列尺度结构，同时分别考虑具有特殊对称性的模式（例如，纬向流模式）。这些尺度的相互作用进行了分析，使用能量传递函数，包括向前和向后的分解，尺度通量和局部功能。ITG和ETG情况之间的比较表明，ETG湍流具有更明显的经典湍流行为，表现出更强的能量级联，与gyrokinetic湍流建模的影响。
2014-07-03 physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on toroidal Alfvén eigenmode nonlinear decay
该研究采用非线性回旋动理学方程分析非均匀等离子体中TAE参量衰变，揭示非均匀性增强耦合并改变自发衰变判据，同时探讨其对模式饱和与高能粒子输运的意义。
2024-01-15 physics.plasm-ph
Reassessing the impact of megaelectronvolt ions in fusion plasmas via gyrokinetic simulations
通过回旋动理学模拟重新评估兆电子伏离子对聚变等离子体湍流抑制的影响，指出Mazzi等人结果因模拟分辨率不足而失真，修正后热导率显著增加，质疑其性能增强结论。
2023-06-19 physics.plasm-ph
Effects of collisional ion orbit loss on tokamak radial electric field and toroidal rotation in an L-mode plasma
本文利用XGC模拟研究DIII-D L模等离子体中碰撞离子轨道损失，发现其使边缘径向电场向负方向移动，并驱动共电流方向的边缘环向旋转。
2023-03-28 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations on zonal flow-turbulence spreading coupling
Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
研究通过非线性gyrokinetic模拟揭示湍流扩散如何将zonal flow径向传播，扩展至线性稳定区域，并基于toroidal等离子体动量定理解释湍流驱动的涡旋输运与垂直动量生成的直接关系。
2026-04-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Studies of Microinstabilities in the RFP
一个解析平衡，环面贝塞尔函数模型，被用来与gyrokinetic代码GYRO一起研究在反向场箍缩（RFP）等离子体中的微不稳定性的性质。研究了归一化电子等离子体压力β对微不稳定性特性的影响。当β值约为4.5%时，离子温度梯度（ITG）驱动模和微撕裂模之间的转变成为主要的不稳定性。ITG模的抑制发生在托卡马克中，通过耦合到剪切阿尔芬波，由于较短的并联长度，稳定性的临界β高于其托卡马克等效装置。有一个陡峭的依赖性的微撕裂增长率的温度梯度表明高轮廓刚度。有证据表明存在一种无碰撞的微撕裂模式。研究了该模式的性质，发现曲率漂移在该模式的不稳定性中起着重要作用。
2013-01-19 physics.plasm-ph
Energetic particles, Shafranov shift and finite $β$ effects on TAE, KBM and ITG instabilities in global electromagnetic gyrokinetic simulations
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；De Vinci Higher Education（德文奇高等教育）；University of Warwick（华威大学）
本文研究了强动能梯度和小比例的融合生高能粒子对等离子体稳定性的影响，通过全球gyrokinetic代码ORB5分析了Alfvén特征模、离子温度梯度模和动能气球模的线性和非线性稳定性，探讨了Shafranov位移和有限β效应的作用。
2026-09-07 physics.plasm-ph
Role of wave-particle resonance in turbulent transport in toroidal plasmas
环形等离子体中的波粒相互作用是漂移波不稳定性驱动的微湍流的一种重要输运机制。在托卡马克装置中，不同的波粒共振条件对不同漂移波序中多组分的能量和粒子输运有重要影响。为了证实电子和离子在托卡马克漂移波不稳定性中的输运机制，利用回旋粒子模拟等离子体芯离子温度梯度（ITG）和无碰撞俘获电子模（CTEM）湍流，研究了波粒共振对湍流输运的影响.模拟结果表明，在CTEM和ITG湍流中，电子输运主要受波粒线性共振控制，离子输运主要受非线性波粒去相关控制。
2021-01-06 physics.plasm-ph
Radial transport of toroidal angular momentum in tokamaks
确定托卡马克的内禀转动分布需要环向角动量的径向通量。其计算需要知道$ε= ρ/L$中的回旋运动分布函数和湍流静电势到二阶，其中$ρ$是离子拉莫尔半径，$L$是磁场的变化长度。本文提出了一套完整的计算托卡马克中环向角动量径向输运的方程。特别地，首次给出了分布函数和静电势的湍流分量的$O(ε^2)$方程，而没有假设在磁场强度上的极向磁场很小。
2015-04-29 physics.plasm-ph
Predicting the Z-pinch Dimits shift through gyrokinetic tertiary instability analysis of the entropy mode
由自生带状流引起的Dimits位移，即湍流从线性不稳定性阈值开始的上移，可以极大地提高磁约束等离子体装置的性能。除了在简单的情况下，使用流体近似和模型磁几何，这种现象已被证明是难以理解和定量预测。为了弥合简单模型和现实的治疗之间的巨大差距，在环形磁几何形状（例如托卡马克或仿星器）的复杂性，目前的工作使用完全gyrokinetic模拟在Z箍缩几何形状调查的迪米特移位通过镜头的三级不稳定性分析，它描述了出现漂移波从纬向主导状态。一些功能的第三不稳定，以前观察到的流体模型，被证实仍然存在。最重要的是，一种有效的简化模式三级模型，其先前被证明成功地预测了陀螺流体极限中的Dimits偏移（Hallenbert & Plunk，J.Plasma Phys.，Vol.87，issue 05，2021，905870508），在这里被发现是准确的，仅进行轻微修改以考虑动力学效应。
2021-11-15 physics.plasm-ph
The Eulerian variational formulation of the gyrokinetic system in general spatial coordinates
本研究拓展前期工作，提出一般空间坐标下带静电湍流的回旋动力学系统欧拉变分公式，通过拉格朗日密度对度量张量变分直接得到含湍流效应的对称压强张量，还分析了碰撞与外源项对动量平衡的修正，适用于非轴对称环形系统的全局回旋动力学模拟。
2021-02-05 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
利用自洽的全局回旋动力学方法和解析理论，研究了离子温度梯度湍流中高能粒子（EP）驱动的β诱导Alfvén本征模（BAE）的非线性动力学行为.本文研究了具有大纵横比和反向剪切的托卡马克磁平衡。以前对这种结构的研究表明，在没有湍流的情况下，电子种类在确定BAE的非线性饱和水平方面起着重要作用[A. Biancalani等人，（2020）]。在这里，我们将研究扩展到湍流等离子体。的EP被发现修改的热通量通过引入能量在大的空间尺度，主要是在占主导地位的BAE及其谐波的环形模式数。在这一制度下，BAE被发现进行强电子热通量。BAE引起的温度分布的全球松弛的反馈，以及湍流动力学，也进行了讨论。
2020-10-19 physics.plasm-ph
A New Paradigm for Turbulent Transport Across a Steep Gradient in Toroidal Plasmas
在环形等离子体中边缘湍流输运的第一原理陀螺动力学模拟发现，在强梯度下的湍流输运系数的趋势相反。结果表明，输运特性的非单调性既存在线性临界梯度，也存在非线性临界梯度。输运通量斜率在转向梯度附近的不连续性显示了二级相变的特征。在强梯度下，最不稳定的模式处于非基态本征态，具有非常规的模式结构，这显著减小了有效关联长度，从而逆转了输运趋势。我们的研究结果提出了一个全新的机制，低到高的限制模式过渡，而不调用剪切流或带状流。
2017-02-01 physics.plasm-ph
Nonlinear excitation of geodesic acoustic mode by toroidal Alfvén eigenmodes and impact on plasma performance
利用非线性陀螺动力学理论研究了环形Alfvén本征模（TAE）对测地声学模（GAM）的自发非线性激发。发现非线性衰减过程依赖于热离子β值。这里，β是等离子体热磁压力比。在低β极限下，TAE在环向诱导剪切Alfvén波连续谱间隙中衰减为GAM和TAE下边带;而在高β极限下，TAE在连续谱间隙中衰减为GAM和传播动力学TAE。这两种情况下的自发衰变条件进行了研究。导出了GAM和子波的非线性饱和能级。计算了相应的能量平衡和波粒能量向热等离子体的转移。热等离子体加热的影响进行了讨论。
2019-01-05 physics.plasm-ph
Nonlinear Saturation of Kinetic Ballooning Modes by Zonal fields in Toroidal Plasmas
动力学气球模（KBM）被广泛认为在托卡马克中的扰动动力学和湍流输运中起着关键作用。虽然气球模式的非线性演化被认为是托卡马克等离子体爆轰的一种机制，但动力学效应在这种非线性动力学中的作用在很大程度上仍未得到探索。在这项工作中，全球陀螺动力学模拟结果的KBM非线性行为。而不是理想的MHD理论预测的有限时间奇异性，动力学不稳定性发展成一个中间的非线性制度的指数增长，然后由自发产生的带状场调节的非线性饱和。在中间非线性区域，局域电流片的快速增长被观察到。
2018-05-01 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic simulation of kinetic infernal mode
本研究通过GTC代码开展线性回旋动理学模拟，发现磁剪切由强变弱时动理学气球模（KBM）会平滑过渡到动理学内模（KIM），二者或属同一物理模式，且KIM可通过调整磁剪切与压力梯度有效调控。
2024-05-17 physics.plasm-ph
Tractable flux-driven temperature, density, and rotation profile evolution with the quasilinear gyrokinetic transport model QuaLiKiz
准线性湍流输运模型是预测托卡马克堆芯等离子体分布的有效工具。他们的成功取决于当地的非线性gyrokinetic通量的再现。本文重点介绍了准线性回旋输运模型LiKiz [C. Bourdelle等人，2016年，血浆物理控制。Fusion 58 014036]，其采用模态结构的近似解，与全线性陀螺运动求解器相比，显著加快了计算时间。在集成建模应用程序中优化色散关系求解算法，使通量计算$\times10^{6-7}$比局部非线性模拟更快。这使得易于处理的模拟通量驱动的动态配置文件的演变，包括所有的传输通道：离子和电子热，主要粒子，杂质和动量。此外，LiKiz现在包括旋转和温度各向异性引起的极向不对称性对重杂质输运的影响，这对W输运应用很重要。在JETTO集成建模代码中的应用导致在10小时内使用10个CPU进行1秒的JET等离子体模拟。同时预测的核心密度，温度，和环形旋转配置文件的JET混合和基线实验，涵盖离子和电子湍流尺度。模拟成功地比较测量的配置文件，协议主要是在5-25%的范围内，根据标准的数字的优点。
2017-08-07 physics.plasm-ph
