Simple reactor model of relativistic runaway electron avalanche development
地球大气中的高能γ辐射与雷暴电场中相对论逃逸电子雪崩（RREA）的韧致辐射有关。在本文中，RREA的发展进行了研究的系统中的两个强电场区域内的雷暴，加速逃逸电子向对方。这样的系统称为简单反应堆。发现γ射线和逃逸电子从一个区域传播到另一个区域导致正反馈。这种被称为反应堆反馈的反馈可以使RREA自我维持，从而有效地倍增包含简单反应堆的雷暴内的高能粒子。简单反应堆γ辐射的光谱和特征时间尺度与地面γ射线闪光（TGFs）数据一致。简单的反应堆模型TGF的适用性进行了讨论，并被认为是TGF和雷暴地面增强过程中的简单反应堆辐射的显着可观察的属性。
2023-01-02 hep-ph physics.ao-ph physics.geo-ph
Effects of magnetic perturbations and radiation on the runaway avalanche
等离子体中的电子逃逸现象敏感地依赖于动量-空间动力学。然而，涉及逃逸电子的系统的全局演化的有效模拟通常需要减少流体描述。例如，在托卡马克的基本失控缓解方法的设计中，这是需要的。在本文中，我们提出了一种方法，包括动量依赖的空间输运的失控雪崩增长率的影响。我们量化了在随机磁场中存在电子扩散时生长速率的降低，并表明空间输运可以提高有效临界电场。使用微扰的方法，我们推导出一组方程，允许治疗的影响空间运输失控的动态存在的径向变化等离子体参数。然后，这是用来证明在当前淬火模拟ITER等离子体与大量的材料注入的空间传输的效果。我们发现，在足够慢的电流淬灭的情况下，由于适度的杂质和氘注入，磁扰动的存在大大降低了最终的失控电流。在边缘局部化的扰动是不能有效地抑制失控，除非失控产生离轴，在这种情况下，他们可能会导致形成强电流片的界面处的限制和扰动区域。
2020-12-29 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of runaway electrons in dynamic scenarios
逃逸电子的形成和衰变过程的进一步理解是大型托卡马克的安全运行的主要利益，和动态的情况下，如中断的逃逸电子的动态是特别关注的。在本文中，我们提出了动力学模型的情况下，与时间相关的等离子体参数，特别是，我们调查热尾失控的产生在等离子体温度迅速下降。随着研究逃逸电子产生的自洽电场演化的目标，我们还讨论了实现碰撞算子，保持动量和能量，并证明其属性。本文研究了雪崩逃逸电子产生的算符，它考虑了散射截面和逃逸分布的能量依赖性。我们发现，简化的雪崩模型Rosenbluth和Putvinskii [核聚变1997 37 1355]可以给出不准确的结果的雪崩增长率（或低或高）的许多参数，特别是当平均失控的能量是适度的，如在初始阶段的雪崩倍增。所提出的发展铺平了道路，改进模型的失控电子动力学在中断或其他动态事件。
2016-09-14 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
Runaway electron control by self-excited waves
Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出约化模型，研究托卡马克中自激发哨声波通过增强动量扩散限制逃逸电子雪崩，并划分三种调控状态。
2026-09-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Dynamics of positrons during relativistic electron runaway
等离子体中足够强的电场可以将带电粒子加速到相对论能量。在本文中，我们描述了在这种电场中加速的正电子的动力学，并计算了产生的正电子中加速逃逸的部分，以及它们发射的辐射量。我们推导出一个分析公式，表明不同的正电子生产过程的相对重要性，并表明，在一定的阈值电场以上的对生产的光子是低于碰撞。此外，我们提出的正电子动力学方程的解析解和数值解，这些被应用到计算的正电子，成为加速或热化，进入速率方程，描述的缓慢和快速的正电子种群的密度的演变的分数。最后，为了表明正电子探测在托卡马克放电逃逸过程中所需的操作参数，我们给出了检测到的湮灭辐射的参数依赖关系的表达式相比，检测到的轫致辐射在一个角度垂直于逃逸加速度的方向。使用完整的领先秩序对生产截面，我们证明，以前的相关工作高估了碰撞对生产至少四个因素。
2018-07-12 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
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
Modeling the relativistic runaway electron avalanche and the feedback mechanism with GEANT4
本文介绍了第一项研究，使用的GEOometry和跟踪4（GEANT4）工具包做定量比较与其他模拟结果有关的生产地面伽玛射线闪光（TGFs）和高能量粒子发射雷暴。我们将研究相对论逃逸电子雪崩（RREA）和相对论反馈过程，以及从逃逸电子（RE）产生韧致辐射光子。蒙特卡罗（MC）模拟考虑到电子电离的影响，电子的电子（穆勒）和电子的正电子（巴巴）散射，以及韧致辐射过程和对生产，在$250$ eV $-100$ GeV的能量范围。我们的研究结果表明，在发展过程中的RREAs和反馈的影响下，电子的倍增与以前的估计是一致的。这对于验证GEANT 4作为在均匀电场中对RREA和反馈进行建模的工具非常重要。我们还确定了轫致辐射光子与高能电子$N_γ/N_e$的比值。然后，我们表明，该比率具有依赖于电场，可以表示由雪崩时间$τ(E)$和韧致辐射系数$α(\varepsilon)$。此外，我们提出了比较GEANT 4模拟进行了“标准”和“低能量”的物理列表都验证了在$1$千电子伏$-100$ GeV的能量范围。这一比较表明，GEANT4模拟中使用的物理列表的选择对结果有显着的影响。
2016-05-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Simulation of VHF signal generated by RREA
相对论逃逸电子雪崩（RREAs）在带电云中发展，产生伽马辐射，可以在地面和近地轨道上观测到。RREAs的无线电发射是雪崩过程的一种研究较少的表现。同时，VHF辐射可用作RREA发展条件的额外信息来源。本文介绍了用GEANT 4软件进行蒙特卡罗模拟计算RREAs产生的VHF信号的方法。我们发现逃逸电子产生的VHF辐射在0.1- 1 MHz频率范围内有一个极大值，其幅度低于背景噪声。
2020-11-02 physics.ao-ph physics.plasm-ph
A study on combined effects of stochastic magnetic fluctuations and synchrotron radiation on the production of runaway electrons
利用相对论Fokker-Planck方程分析了相对论逃逸电子的动力学过程，其中考虑了同步辐射引起的减速和随机磁场涨落引起的径向扩散损失。SMF在[J. Martin-Solis等人，等离子体6，3925（1999）]。然而，我们认为自模场在组态空间中扮演搬运工的角色，而在动量空间中并不直接影响逃逸电子。与仅使用同步辐射的情况相比，用于维持现有RE和用于雪崩开始的临界电场都得到增强，并且通过SMF和同步辐射的组合效应降低了修改的雪崩增长速率[P. Aleynikov等人，物理修订信函114，155001（2015）]。
2017-08-15 physics.plasm-ph
Runaway electron avalanche and macroscopic beam formation: simulations of the DTT full power scenario
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；DTT S.C.a.r.l.；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究部）；Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Consorzio RFX（RFX联合体）；CNR-ISTP（国家研究委员会-等离子体科学和技术研究所）；ENEA（意大利国家新能源与可再生能源机构）；Università della Tuscia（图斯卡大学）
研究通过模拟揭示DTT全功率场景中失控电子束形成机制，表明高电流下电子雪崩增益显著增加，需通过杂质注入平衡热负荷与电子避免。
2025-12-31 physics.plasm-ph
Runaway dynamics in the DT phase of ITER operations in the presence of massive material injection
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
研究大规模注入氘-惰性气体混合物对等离子体失控生成、电场电阻扩散及温度演变的影响，发现除非电流淬灭时间过长，否则会产生显著的失控电流。
2020-07-13 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
Compressional Alfvén eigenmodes excited by runaway electrons
在磁聚变实验中观测到了高能离子驱动的压缩Alfvén本征模。在本文中，我们表明，模式也可以由失控的电子在破裂后等离子体中形成，这可以解释动力学不稳定性与大量的气体注入DIII-D破坏实验中观察到的驱动。模式结构的计算，是与实验观察一致的频率。使用从动力学模拟获得的逃逸电子分布函数，模式生长率计算和发现超过碰撞阻尼率时，逃逸电子密度超过阈值。CAE的激发提出了一种新的可能途径，以减轻种子逃逸电子在电流猝灭和超越雪崩。
2020-10-02 physics.plasm-ph
Runaway electron current reconstitution after a non-axisymmetric magnetohydrodynamic flush
在最近的JET和DIII-D实验中，已经令人信服地证明了兆安培（MA）级失控电流的良性终止，使其成为ITER失控缓解的主要候选者。这是在一个失控的冲洗的形式由平行流损失沿随机磁场线形成的全球磁流体动力学不稳定性，这被发现与低Z注入，清除高Z杂质从热淬火后等离子体。在这里，我们展示了竞争的物理，管理后冲洗重建的失控电流在ITER的反应堆，预计显着更高的电流。被捕获的“失控”被发现占主导地位的种子失控重建，和高Z杂质的不完全清洗有助于排水种子，但产生更有效的雪崩，其中两个竞争，以产生2-3~MA的步骤之前，失控重建的等离子体电流的电流下降。
2022-11-03 physics.plasm-ph
Axisymmetric predictions for mitigated and vertically unstable disruptions in ITER with runaway electrons
本文通过二维全局模拟研究了 ITER 中存在逃逸电子的缓解型与垂直不稳定破裂，探讨了热猝灭、材料注入和杂质冲刷等效应的影响，为逃逸电子缓解策略提供了重要见解。
2024-06-14 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 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
Electron runaway in ASDEX Upgrade experiments of varying core temperature
在ASDEX升级材料注入实验中，大量破坏后逃逸电子电流的形成由逃逸电子的小种子种群的雪崩倍增确定。对于这些情况下的调查，逃逸电子的描述耦合1.5D传输求解器ASTRA-STRAHL的流体模型描述热尾机制引起的电子逃逸进行了修改。应用于ASDEX升级放电#33108中的组合背景等离子体演化、材料注入和逃逸电子生成的模拟中，用于电子逃逸的Dreicer和热尾机制都仅产生$\sim$ 3 $~$ kA的逃逸电流。在较冷的等离子体与核心电子温度$T_\mathrm{e,c}$低于9 $~$ keV，后中断失控电流被预测为不敏感的初始温度，与实验观察。然而，在更热的等离子体与$T_\mathrm{e,c} > 10~\mathrm{keV}$，热尾失控可以增加高达一个数量级，大大有助于总的破坏后失控电流。然而，在ASDEX升级高温失控实验中，尽管初级和次级失控条件有利，但在中断结束时没有观察到失控电流。
2021-05-07 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
Post-Thermal Quench Shattered Pellet Injection for small Runaway Electron seed depletion in ITER
研究了在ITER中断的热淬灭阶段之后使用破碎颗粒注入的可能性，以便在逃逸电子（RE）种子能够充分雪崩之前耗尽它们。分析和数值估计所需的注入率的碎片渗透到形成RE束和停止RE。还估计了在电流猝灭（CQ）变得太短之前可以吸收多少材料。看来，如果使用氢芯块，在CQ期间注入的芯块的所需数量将是令人望而却步的，至少考虑到ITER中断缓解系统（DMS）的当前设计。对于氖或氩，所需的颗粒数量虽然很大，但可能在ITER DMS的范围内，但吸收的部分必须非常小。其他材料可能更适合，但需要对ITER DMS进行修改。
2020-07-03 physics.plasm-ph
An advection-diffusion model for cross-field runaway electron transport in perturbed magnetic fields
裂变产生的逃逸电子（RE）是ITER面临的一个突出问题。RE生成的预测计算研究依赖于轨道平均计算，因此，它们缺乏来自磁场随机性的影响。由于随机性是自然存在于破坏后的等离子体，外部诱导的随机性提供了一个突出的机制，以减轻RE雪崩，我们提出了一个对流扩散模型，可用于耦合轨道跟踪代码的轨道平均工具，以捕捉交叉场运输，并克服后者的限制。输运系数通过蒙特卡罗方法进行评估。我们发现，扩散系数显着不同，从著名的Rechester-Rosenbluth结果。我们还证明了包括平流的重要性：它有一个双重的作用，无论是在模拟运输障碍所产生的磁岛和放大的岛屿不存在的地区的损失。
2016-06-14 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
An analytical criterion for significant runaway electron generation in activated tokamaks
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出了一种分析判据，用于预测高性能托卡马克中 runaway 电子生成的条件，考虑了三氢化物β衰变和康普顿散射的影响，并通过流体模拟验证了模型的准确性。
2026-03-20 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
Influence of the finite transverse size of the accelerating region on the relativistic feedback
针对相对论反馈模型忽略加速区有限横向尺寸的问题，本文用修正二维扩散方程描述雪崩起始点横向传播，给出自持RREA判据修正，并通过蒙特卡罗模拟计算反馈系数修正。
2023-06-05 physics.ao-ph 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
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
Excitation of whistler and slow-X waves by runaway electrons in a collisional plasma
本研究通过相对论Fokker-Planck-Boltzmann求解器和线性色散分析，发现碰撞等离子体中慢X波比哨声波更易被逃逸电子激发且增长率更高，应成为重点研究领域。
2025-06-23 physics.plasm-ph
Efficient calculation of the moments of runaway electron distribution functions
本文针对等离子体破裂中的逃逸电子问题，以 Fülöp 雪崩分布函数为例，解析并数值计算其零至二阶矩，形成高效 MATLAB 计算规则并评估参数空间中的电流与动能密度。
2024-10-29 physics.plasm-ph
QED cascade initiation via reflection of a multipetawatt laser pulse from a self-organized parabolic plasma mirror
本文提出利用单个多拍瓦激光脉冲从自组织抛物面等离子体镜反射来引发QED雪崩级联，在27 PW功率下观测到指数增长和超过15代正电子，证明无需多通道精确同步即可实现。
2025-08-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Confinement of passing and trapped runaway electrons in the simulation of an ITER current quench
逃逸电子（RE）提出了一个高优先级的问题，但很少有人知道的程度，RE产生的随机场固有的破坏等离子体的影响。RE代可以模拟减少动力学模型，并有最近的进展，涉及由于场随机性的损失，无论是通过损失时间参数或径向传输系数，可以通过跟踪测试电子在3D领域估计。我们评估这些条款在ITER使用最近的JOREK三维MHD模拟等离子体破裂提供随机磁场，其中RE标记跟踪与内置的粒子跟踪模块。虽然MHD模拟只模拟了当前的淬火阶段，但这种情况是MHD不稳定的，并且表现出与热淬火期间预期的类似的弛豫。因此，RE模拟可以被认为是在热淬火之后但在MHD弛豫完成之前开始的。等离子体被发现成为完全随机的8毫秒和由此产生的运输是足以克服RE雪崩通量表面被改造之前。我们还研究了被困稀土的运输机制，并发现这些被取消，以及在这一阶段。虽然这里提出的结果是不足以评估所形成的RE束的大小，我们表明，显着的RE损失可能会出现由于现场随机性。
2022-03-17 physics.plasm-ph
Testing strong-field QED with the avalanche precursor
本研究通过3D粒子模拟探讨了50拍瓦级NSF OPAL激光装置在真实参数下触发QED雪崩前驱的潜力，证明三种靶材均可高效注入种子电子并产生强正电子与高能光子信号，为强场QED实验设计提供了重要依据。
2025-09-17 hep-ph physics.plasm-ph
Simulation of runaway electron generation in fusion grade tokamak and suppression by impurity injection
在像ITER这样的聚变级托卡马克的中断期间，在热淬火（TQ）期间之后会感应出大的电场，这可以产生大量的逃逸电子（RE），其可以在电流淬火阶段（CQ）中携带高达10 MA的电流，能量高达几十MeV [1-3]。这些逃逸电子由于其局部能量沉积而可能对面向等离子体的部件造成显著损坏。为了减轻这些影响，已经提出了高Z原子的杂质注入[1-3]。在本文中，我们使用了一个自洽的0 D托卡马克破裂模型，该模型在PREDICT程序[6]中实现，该程序已被升级以考虑杂质注入对RE动力学的影响，如[4-5]中所建议的。主要的稀土产生机制，如二次雪崩机制以及主要的稀土产生机制，即Dreicer，热尾，氚衰变和康普顿散射（从激活壁发射的γ射线）已被考虑在内。在这些模拟中，考虑到杂质的影响，考虑到稀土与自由和束缚电子的碰撞，以及从完全和部分屏蔽的核电荷的散射。这些修正也在相对论性试验粒子模型中实现，以模拟动量空间中的RE动力学。我们表明，杂质的存在下有一个非均匀的影响失控电子分布函数。我们还表明，与杂质离子碰撞引起的俯仰角散射和同步辐射损失的综合效应导致RE能量分布函数的更快耗散[7]。不同的稀土产生机制的变化，在不同阶段的中断，主要是之前和之后的杂质注入的报告。
2021-02-27 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
X-ray Emissions in a Multiscale Fluid Model of a Streamer Discharge
我们使用一个三种流体模型的放电在空气中模拟流注演变的雪崩到流注过渡到碰撞的相反极性的流光。我们估计的上限生产的热失控电子，这是占主导地位的第二个这些过程。如果由于自然背景和光电离引起的电离减少，则由于在流光尖端处产生更高电场的可能性而产生更多的热失控。然而，测试粒子模拟显示，这些热逃逸电子没有足够的能量成为相对论逃逸。模拟是在$\mathit{E}_{0}$ = 4和6 MV/m的恒定均匀背景场中进行的。在4-MV/m场中形成流光之后，还在$\mathit{E}_{0}$ = 2 MV/m中进行模拟，以便近似由$\sim$ 1-MV电压在实验室火花实验中使用的$\sim$ 1-m电极间隙上产生的平均背景场。我们的结论是，所使用的流体模型是不足以解释X射线观测在这样的实验。我们讨论的机制，不包括在这个或以前的建模，但可能发挥决定性的作用，在电子加速和X射线生产过程中的流光碰撞的可能作用。
2018-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Growth rate of self-sustained QED cascades induced by intense lasers
本研究解决了强激光驻波触发电-正电子对雪崩的增长率计算难题，提出考虑粒子迁移衰减的简洁公式，经模拟验证有效，可用于预测对产生反作用及规划超高强度激光实验。
2024-08-19 hep-th physics.plasm-ph
Collapse and revival of electromagnetic cascades in focused intense laser pulses
研究了高能电子束与两束反向传输的飞秒激光脉冲的相互作用。非线性康普顿散射和发射光子产生的电子-正电子对导致电磁“非线性”级联的发展，然而由于次级粒子的能量损失，该级联相当快地崩溃。然而，激光场加速了聚焦区中捕获的低能电子和正电子，从而引起另一种类型（“雪崩型”）的电磁级联的发展。在电子束能量为几个GeV量级、碰撞激光脉冲强度为$10^{24}$ W/cm $^2$的情况下，可以观察到级联崩溃和恢复的这种效应。这意味着它可以很容易地观察到在新的激光设施，无论是计划在不久的将来，或已经在建设中。建议的实验装置提供了最现实的和有前途的方式来观察“雪崩型”级联。
2014-07-24 hep-ph physics.plasm-ph
Implementation and verification of the avalanche source in a 3D full-f particle-in-cell model of relativistic electrons for studies of tokamak disruptions
研究托卡马克破裂中逃逸电子雪崩源，通过在三维非线性 MHD 代码 JOREK 中实现能量和动量守恒碰撞算子及重采样技术，精确模拟其相空间动力学，验证模型并应用于类似 JET 场景，为研究破裂提供新方法。
2026-10-07 physics.plasm-ph
Electromagnetic cascade in high energy electron, positron, and photon interactions with intense laser pulses
研究了高能电子、正电子和光子与强激光脉冲的正面碰撞几何相互作用。它示出，电子和/或正电子经历级联型过程，涉及多个发射的光子。这些光子因此可以转换成电子-正电子对。结果，带电粒子迅速失去它们的能量，形成指数衰减的能量分布，这抑制了高能光子的发射，从而减少了产生的电子-正电子对的数量。因此，这种类型的相互作用抑制了电磁雪崩型放电的发展，即，在相互作用过程中，电子、正电子和光子的数量不会发生指数增长。当在横向粒子轨道中可以忽略3D效应时，即，对于具有不太极端的强度的足够宽的激光脉冲。计算了高能电子束与逆流短强激光脉冲相互作用时电子、正电子和光子的最终分布。电子束的能量损失，这需要一个自洽的量子描述，在这个过程中起着重要的作用，以及提供了一个明确的实验观察的相互作用从经典到量子制度的过渡。
2013-06-05 hep-ph physics.plasm-ph
An Efficient Surrogate Model of Secondary Electron Formation and Evolution
本研究扩展伴随深度学习框架以考虑大角度碰撞，利用Rosenbluth-Putvinski近似捕捉逃逸电子雪崩过程，并通过与传统求解器验证，实现对逃逸电子群时间演化和增长率的准确高效预测。
2024-12-17 physics.plasm-ph
Pair Creation in QED-Strong Pulsed Laser Fields Interacting with Electron Beams
已知QED效应发生在强激光脉冲与反向传播电子束的相互作用中，这些效应中包括电子-正电子对的产生。我们讨论了J > 5*10^22 W/cm 2的激光脉冲强度与数十GeV的电子束能量相结合的范围。在这种情况下，单束电子可以产生多个对，一些新生粒子能够进一步产生对。辐射反反应防止雪崩的发展和限制对创建。导出了电子、正电子和γ光子的积分微分动力学方程组，并进行了数值求解。
2010-09-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On the Schwinger limit attainability with extreme power lasers
圆偏振对撞激光脉冲可以产生丰富的电子-正电子对等离子体[A. R. Bell和J.G. Kirk，Phys. Rev. Lett. 101，200403（2008）]，其散射入射的电磁波可以防止它们到达量子电动力学的临界场，导致真空击穿和极化。结果表明，辐射摩擦效应和正负电子雪崩的发展依赖于电磁波的极化。对于圆极化碰撞脉冲，迫使电子作圆周运动，这些效应不仅支配粒子运动，而且支配脉冲的演化。而对于电子（正电子）沿电场振荡的线性极化脉冲，这些效应没有那么强。这些情况与圆形和线性电子加速器有明显的相似之处，它们具有相应的限制和减少同步辐射损失的作用。
2010-11-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph quant-ph
Pauli blocking effects in thermalization of relativistic plasma
通过求解相对论性Uehling-Uhlenbeck方程组，研究了泡利阻塞对相对论性等离子体热化过程的影响。为此，我们认为等离子体的非平衡初态是强简并的。我们发现，当电子正电子湮没活跃时，初始等离子体简并很快被破坏。因此，在从非相对论性到温和相对论性的很宽的最终温度范围内，$0.1 m_e c^2 \leq k_B T\leq 10 m_e c^2$热化不受泡利阻塞的影响。相反，当电子正电子湮没过程不活跃时，这种简并等离子体中的热化过程受到泡利阻塞的强烈影响。这在平衡温度为$k_B T\leq 0.3 m_e c^2$的非相对论性等离子体或光子-电子等离子体中都是可能的。在这些情况下，所有的反应速率都被泡利阻塞强烈抑制，并且直到电子能够占据费米能量以上的能态才发生热化。在这种情况发生后不久，热化就以雪崩式的过程突然进行。
2020-03-16 physics.plasm-ph
Laser-pulse-shape control of seeded QED cascades
量子电动力学级联是由超强电磁场驱动的硬光子发射和电子-正电子对产生的复杂雪崩过程。它们在天体物理环境中发挥着重要作用，例如恒星的磁层，使地球上的强激光具有吸引力。在文献中，QED级联也被预测限制了在稀薄气体（如真空室的残余气体）中碰撞激光束的设置中可达到的强度，因此严重阻碍了极端场强下的实验。在这里，我们证明了QED级联的开始可以被阻止，即使在强度接近$10^{26}\text{ W/cm$ ^{2} $}$时，使用紧密聚焦的激光脉冲和低$Z$气体，或者在强度低于$10^{24}\text{ W/cm$ ^{2} $}$时，使用扩大的激光聚焦区域或高$Z$气体。这些发现为控制新的实验铺平了道路，例如从激光能量产生纯电子-正电子-光子等离子体，以及在量子真空变得不稳定的极端强度区域探测QED。
2017-07-24 physics.plasm-ph
Electron Acceleration Mechanisms in Thunderstorms
雷暴产生的强电场覆盖的区域大约为千米。相应的电势差为100 MV的量级。到达这些区域的次级宇宙射线可能会在相对论性失控雪崩过程中被显著加速甚至放大。这些现象导致地面和飞机上的探测器观测到的高能背景辐射增强。此外，从低地球轨道卫星上探测到雷暴中产生的强烈亚毫秒级伽马射线暴，称为地面伽玛射线闪光（TGFs）。当穿过大气层时，这些伽马射线被认为会产生次级相对论电子和正电子，这些电子和正电子被迅速捕获在地磁场中并注入近地空间环境。在目前的工作中，我们试图给出一个概述的研究现状与雷暴的高能现象。
2016-12-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Creation of electron-positron plasma with superstrong laser field
本文综述了近年来在超相对论激光脉冲与真空和$e^-e^+$等离子体相互作用的QED效应研究方面的进展。激光技术的发展已经预示着激光强度在不久的将来会有非常迅速的增长。欧洲的两个艾瓦级设施（俄罗斯的ELI和XCELS）已处于规划阶段。这些项目的实现将使强度为$\sim 10^{26}$ W/cm $^2$或甚至更高的激光器可用。因此，对真空中非线性光学效应的讨论已成为实验工作者的迫切需要，目前正受到广泛的关注。我们表明，尽管事实上，各自的场强仍然基本上小于$E_S=m^2c^3/e\hbar=1.32\cdot 10^{16}$ V/cm，非线性真空效应将访问在ELI和XCELS设施的观测。最有希望观测到的是真空中激光脉冲产生的电子对效应。它表明，在强度$\sim 5\cdot 10^{25}$ W/cm $^2$，创建甚至一个单一的对是伴随着雪崩状QED级联的发展。与初级宇宙线进入大气所产生的大气簇射相比，激光诱导的级联具有一个重要的特征。在我们的例子中，激光场不仅起着靶的作用（类似于空气簇射中的原子核）。它也负责慢粒子的加速。结果表明，对创建的效果施加一个自然的限制，可达到的激光强度。显然，场强$E\sim E_S$根本无法用于产生电磁场的对。
2013-12-17 physics.optics physics.plasm-ph
On the upper limit of laser intensity attainable in non-ideal vacuum
理想真空中激光场强度的上限通常被认为是施温格场，对应于~10^29W/cm ^2。我们在实际的非理想真空条件下研究了这种限制，发现强度抑制从10^25 W/cm ^2开始出现，当腔室中的剩余电子密度超过109 cm ^-^3时，强度抑制的上限为1026 W/cm ^2。这是因为剩余电子的存在触发了量子电动力学级联的雪崩，产生了大量的电子和正电子对。由于辐射反应，轻子进一步被捕获在驱动激光场中，这显著地消耗了激光能量。根据粒子模拟和理论分析，给出了真空度与可达强度之间的关系。这些结果回答了一个关键问题，可实现的光强度的基础上，目前的真空条件，并提供了一个指导方针，为未来的100拍瓦级激光器的发展。
2020-11-30 physics.optics physics.plasm-ph
