Pre L-H Transition Radial Electric Field and Transport Validations of Edge and Scrape-off Layer Gyrokinetic Simulations at ASDEX Upgrade
IPP（马普等离子体物理研究所）
通过全f回旋动理学模拟ASDEX Upgrade托卡马克边缘和刮削层，逐步验证L-H转换前径向电场和热输运的演化，并与实验测量吻合，揭示了湍流驱动的极向流在Er阱中的主导作用及边缘密度源的重要性。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Complex structure of turbulence across the ASDEX Upgrade pedestal
H模湍流输运机制的理论研究是一个巨大的科学和数值挑战。在这项研究中，我们解决了这一挑战的全球性，非线性gyrokinetic模拟的一个完整的基座的分界线，支持gyrokinetic不稳定性的详细表征，从里面的基座顶部基座中心和脚。我们目前ASDEX升级基座模拟使用的gyrokinetic，欧拉，delta-f代码基因（genecode.org），使稳定的全球模拟实验等离子体β值的升级版本。湍流传输被发现表现出多通道，多尺度字符整个基座与占主导地位的贡献过渡从离子尺度的陷阱电子模式（TEM）/微撕裂模式（MTM）在基座顶部的电子尺度电子温度梯度模式（ETG）在陡峭的梯度区域。因此，湍流电子热通量的变化从离子到电子尺度和离子热通量减少到几乎新古典的值在基座中心。ExB剪切被发现在所有通道（电子，离子，静电，电磁）和磁剪切和压力梯度的相互作用强烈降低热通量水平被发现局部稳定离子尺度不稳定性。
2023-03-19 physics.plasm-ph
Axisymmetric Gyrokinetic Simulation of ASDEX-Upgrade Scrape-off Layer Using a Conservative Implicit BGK Collision Operator
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 Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
针对聚变等离子体高碰撞区动理学模拟显式积分时间步长受限、计算成本高的问题，在Gkeyll框架中实现守恒隐式BGK碰撞算子，实现ASDEX-Upgrade刮削层模拟56倍加速且结果与高精度LBD算子吻合。
2025-11-13 physics.plasm-ph
Characteristics of the Alfvénic activity during the current quench in ASDEX Upgrade
该研究针对ASDEX Upgrade装置中MGI诱发破裂电流猝灭阶段的阿尔芬活动，通过模追踪分类、线性模拟验证及统计分析，明确其为全局阿尔芬本征模且频率扫动源于连续谱变化，同时证实其与后续逃逸电子束动力学无显著关联。
2024-02-02 physics.plasm-ph
An extended hybrid magnetohydrodynamics gyrokinetic model for numerical simulation of shear Alfvén waves in burning plasmas
采用广义鱼骨色散关系的理论框架，扩展的混合磁流体动力学陀螺动力学模拟模型已被推导出解析考虑热离子的可压缩性和抗磁效应，除了高能粒子的动力学行为。扩展模型已被用于实现扩展版本的混合磁流体动力学回旋动力学代码（XHMGC），以研究热离子动力学效应的高能粒子驱动的Alfvénic模式，如动力学β诱导的Alfvén本征模在托卡马克聚变等离子体。
2010-12-24 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
AWECS: A Linear Gyrokinetic Delta-f Particle-in-Cell Simulation Code for the Study of Alfvenic Instabilities in High-Beta Tokamak Plasmas
开发了一个一维线性回旋动力学程序AWECS，用于研究高β托卡马克等离子体中Alfvenic不稳定性的动力学激发，β为热压力与磁压力之比。它旨在描述与广泛的频率和波长相关的物理学。例如，AWECS能够模拟动力学气球模式，阿尔芬离子温度梯度驱动模式，以及由于高能粒子的阿尔芬不稳定性。此外，AWECS可用于研究低β区的漂移-阿尔芬不稳定性。在这里，代码的布局和所使用的数值方法进行了说明。AWECS是基准对其他代码和收敛性研究进行。
2008-06-27 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic particle-in-cell simulations of Alfven instabilities in tokamaks
本文用粒子胞内回旋动力学程序NEMORB研究了托卡马克装置中阿尔芬模的线性动力学。给出了模型方程，导出了局部剪切Alfven波的色散关系，恢复了不可压缩理想MHD极限下的连续谱。的验证和基准分析进行连续模式在一个圆柱体和超环面诱导阿尔芬本征模。在反向剪切平衡模式也进行了研究，并在极向平面上的平衡参数的空间结构的依赖关系进行了说明。特别是，在极向角的相移被发现是存在的模式，其频率接触的连续，而径向对称被发现是在连续间隙中的模式的特性。
2015-12-30 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
采用全局电磁回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了磁约束等离子体中Alfvén模（AM）与离子温度梯度（ITG）湍流之间的自洽相互作用.在这里，一个轴对称的磁平衡与反向剪切和大的纵横比被认为是。通过引入超热离子群，使环模数n=5的AM不稳定。一旦AM在充分发展的湍流的存在下饱和，离子热通量由AM及其主要谐波主导。ITG诱导的运输也被发现在不稳定的AM的存在下增强。
2019-12-19 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
The Structure of Plasma Heating in Gyrokinetic Alfvénic Turbulence
我们分析等离子体加热弱碰撞动力学阿尔文波（KAW）湍流使用高分辨率gyrokinetic模拟跨越离子和电子gyroradii之间的尺度范围。具有高于平均加热速率的真实空间结构被示出为不限于当前片。这一新的结果与以前的研究不一致，以前的研究使用局部电子流体框架中的电磁功，即$\mathbf{J} \!\cdot\! (\mathbf{E} + \mathbf{v}_e\times\mathbf{B})$，作为湍流耗散的代理，认为加热遵循电流的间歇性空间结构。此外，我们表明，电子主要由平行加热，而离子更喜欢垂直加热路线。我们评论的影响，在这里提出的结果。
2016-11-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the nonlinear interaction of Alfvén instabilities and energetic-particle driven geodesic acoustic modes
本研究基于ASDEX Upgrade真实平衡位形，用ORB5代码开展陀螺动力学模拟，探究高能粒子驱动的阿尔芬模与测地声模带状结构的非线性相互作用，发现两种浓度区间的不稳定特性差异，并通过三波耦合机制给出理论解释。
2021-03-05 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
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
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
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 physics.plasm-ph
Excitation of low-n TAE instabilities by energetic particles in global gyrokinetic tokamak plasmas
首次对高能粒子激发超环面Alfven本征模（TAE）进行了线性全局电磁回旋粒子模拟。随着高能粒子压力的增加，TAE频率向下移动到较低的连续谱中。
2008-12-22 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
An E & B Gyrokinetic Simulation Model for Kinetic Alfvén Waves inTokamak Plasmas
回旋粒子模拟是研究托卡马克等离子体中输运、非线性现象和高能粒子物理的有力工具。虽然大多数陀螺动力学模拟都使用标量和矢量势，但通过使用一般和全面形式的E和B场开发了一种新模型（GK-E&B），并已用于模拟均匀等离子体中的动力学Alfvén波[Chen et al，Science China Phys. Mechanics & Astronomy 64（2021）]。在我们的工作中，Chen等人的GK-E&B模型已经在一般托卡马克几何中明确地使用特定坐标表示。数值结果与Chen等人的工作吻合较好，理论色散关系与局部螺旋箍缩模型的数值结果吻合较好。数值结果表明，在一个现实的参数制度的燃烧等离子体在高值的$β/( M_e k_\perp^2 ρ_i^2)$，这是传统的方法，由于"取消“的问题具有挑战性的优异性能。作为一个应用，GK-E&B模型在局部极限中用动力学电子实现。在匹配ITPA-TAE参数的情况下，数值结果表明GK-E&B能处理实际托卡马克等离子体参数的平行电子朗道阻尼。作为另一个应用，GK-E&B模型的实施与占主导地位的电子贡献$E_\|$在冷电子限制。它的能力，在模拟有限的$E_\|$由于有限的电子质量被证明。
2021-11-11 physics.plasm-ph
Gyrokinetic global simulation of Alfvenic ion temperature gradient mode in reversed magnetic shear
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）
使用陀动理学粒子-网格模拟系统研究了反向磁剪切磁约束聚变等离子体中由温度梯度驱动的电磁不稳定性，识别出一种弱剪切阿尔芬离子温度梯度模（WSAITG），并发现其由通行粒子共振驱动。
2026-05-29 physics.plasm-ph
Gyrokinetic ion and drift kinetic electron model for electromagnetic simulation in the toroidal geometry
电子的动力学效应对长波长磁流体动力学（MHD）不稳定性和短波长漂移Alfvenic不稳定性都很重要，因为非绝热电子可以与低频不稳定性相互作用，改变和驱动低频不稳定性。提出了一种新的守恒分裂权方法，用于托卡马克等离子体中漂移动力学电子的电磁场模拟，该方法在不牺牲物理特性的前提下，不受垂直网格尺寸对电子趋肤深度的数值约束，具有很大的计算优势.利用该模型验证了动力学Alfven波和无碰撞撕裂模的存在，并已将其应用于GTC程序中。该模型将用于微撕裂模和基于第一性原理的新经典撕裂模的模拟。
2017-02-05 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
Full $f$ and $δf$ gyrokinetic particle simulations of Alfvén waves and energetic particle physics
在这项工作中，我们专注于发展的粒子在细胞计划和应用的研究阿尔文波和高能粒子物理在托卡马克等离子体。采用混合变量和电磁问题的拉回格式，在相同的基础上建立了$δf$和全$f$格式。TRIMEG-GKX代码[Lu等人，J. Comput. Phys. 440（2021）110384]已使用三次样条有限元和完整的$f$和$δf$方案进行升级。针对ITPA-TAE情况模拟了EP驱动的TAE，ITPA-TAE的特征在于小的电子趋肤深度$\sim 1.18\times10^{-3}\;{\rm m}$，这是电磁模拟的一个具有挑战性的参数范围，特别是对于完整的$f$模型。使用$δf$方案的仿真结果与以前的工作是一致的。对于全$f$和$δf$方案都观察到混合变量/拉回方案的优异性能。混合全$f$ EP和$δf$电子和热离子的模拟表明，这种新的方案在减轻噪声水平的良好功能。完整的$f$方案是EP物理研究的自然选择，它允许EP剖面和分布在速度空间中的大的变化，为动力学研究提供了一个强大的工具，使用与间歇和瞬态等离子体活动有关的现实实验分布。
2022-10-09 physics.plasm-ph
Micro-tearing modes in spherical and conventional tokamaks
利用陀螺仪对球形托卡马克（NSTX）和常规托卡马克（ASDEX-UG和JET）的微撕裂模（MTM）进行了局部线性陀螺动力学模拟研究[J. Candy和E. Belli，General Atomics Report GA-A26818（2011）]。对于实验相关的核心等离子体参数在NSTX和ASDEX-UG托卡马克，与以前的工作，我们发现MTM作为主导的线性不稳定性。此外，在我们的研究中，MTM被认为是最不稳定的模式，为射流样的核心参数。在所有这些等离子体中，需要有限的碰撞MTM变得不稳定和电子温度梯度被发现是根本的驱动。然而，一个显着的差异，观察到的线性生长速率的依赖性的MTMs的电子温度梯度。虽然它在JET和ASDEX-UG等离子体中变化微弱且非单调，但在NSTX中它随电子温度梯度而增加。
2013-01-07 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
Numerical validation of the electromagnetic gyrokinetic code NEMORB on global axisymmetric modes
这是一份关于用陀螺动力学程序NEMORB与解析理论和其他程序对全局模式（即低极向模式数）进行无碰撞模拟的比较报告。仅考虑轴对称模式，即环形模式数n=0，以及平坦的平衡剖面。对当地的分析理论进行基准的GAM。在高能离子的存在下，NEMORB的本地基准进行半拉格朗日陀螺动力学代码GYSELA。在很低的β下，比较了绝热模型、俘获动力学模型和完全动力学模型以及静电模型和电磁模型。Alfven模式的缩放也被提出。
2013-12-04 physics.plasm-ph
Gyrokinetic particle-in-cell simulations of electromagnetic turbulence in the presence of fast particles and global modes
本文利用回旋粒子格子程序ORB 5（E. Lanti等人，Comp.Phys.Comm.，${\bf 251}$，107072（2020））和EUTERPE（V.Kornilov等人，Phys.Plasmas，${\bf 11}$，3196（2004））。模拟这种复杂的耦合系统的计算可行性证明。
2022-03-22 physics.plasm-ph
Multi-mode Alfvénic Fast Particle Transport and Losses: Numerical vs. Experimental Observation
在ASDEX升级的许多放电中，由于Alfvénic间隙模式、反向剪切Alfvén本征模式或核心局部β Alfvén本征模式，可以观察到快速粒子损失。对于第一次，ASDEX升级聚变装置的实验条件的模拟进行不同的等离子体平衡（特别是不同的，也是非单调的q配置文件）。数值工具是HAGIS代码的扩展版本[Pinches'98，Brüdgam博士论文，2010]，除了内部等离子体体积外，还计算了容器壁之间真空区域中的粒子运动。在这项工作中，一致的快粒子分布函数被实现来表示由ICRH少数加热产生的强各向异性快粒子群。此外，HAGIS被扩展到使用更现实的本征函数，由陀螺动力学本征值求解器LIGKA [Lauber'07]计算。这些模拟的主要目的是让快速离子损失测量解释的理论基础。对快速粒子损失进行建模，并直接与实验测量结果进行比较[García-Muñoz'10]。快速粒子损失的相空间分布和模式相关签名允许它们被表征为即时的、共振的或扩散的（非共振的）。实验结果的数值再现。据发现，大量的扩散损失发生在较低的能量范围内（约1/3的出生能量），特别是在多模式的情况下（具有不同的模式频率），由于相空间重叠的共振导致所谓的多米诺骨牌[Berk'95]传输过程。在反q分布平衡中，径向扩展的全局模式和大粒子轨道的组合导致能量损失，能量下降到出生能量的1/10。
2013-11-11 physics.plasm-ph
Mitigation of Initial Transients in Total-f Gyrokinetic Turbulence Simulations Using Neoclassically Relaxed Distribution Function
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Jubilee Development（Jubilee发展公司）
针对全 f 陀螺动力学模拟中初始瞬态问题，提出用新初始化方案，利用轴对称模拟的松弛粒子分布，经相空间平滑后用于全湍流模拟，应用于相关案例显著抑制瞬态、降噪声并减求解时间。
2026-10-01 physics.plasm-ph
Core transport barriers induced by fast ions in global gyrokinetic GENE simulations
最近，在适当优化的ASDEX升级实验上，在最先进的全球陀螺动力学模拟中观察到了一种称为F-ATB（快离子诱导异常输运势垒）的新型内部输运势垒（ITB）[A. Di Siena等人，Phys. Rev. Lett. { \bf 127} 025002（2021）]。与文献中先前报道的传输屏障不同，F-ATB的触发机制基本上是超热粒子（通过离子回旋共振加热（ICRH）产生）和离子尺度等离子体湍流之间的静电波-粒子共振相互作用。这种共振效应强烈地依赖于快离子温度和密度分布的特定形状。因此，为了进一步提高我们对这种传输势垒的理论理解，我们通过全球GENE模拟进行系统研究，探索F-ATB生成的参数空间和物理条件。特别强调的是通过扫描不同的高能粒子温度分布的传输势垒的宽度和其本地化。后者是不同的振幅，半宽度，和径向本地化的一个特设的高斯型高能粒子对数温度梯度分布。对于手头的参考参数，确定了快离子对数温度梯度的幅度中的阈值，以有效地触发输运势垒。
2021-10-18 physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of energetic-particle driven geodesic acoustic modes in ASDEX Upgrade
托卡马克中的湍流产生径向剪切带状流。由于磁场曲率的作用，出现了它们的振荡对应物测地声学模（GAM）。各向异性的高能粒子（EP）可以驱动GAM不稳定，导致形成全局径向结构，称为EGAM。EGAM可以通过无碰撞的波粒相互作用将EP能量重新分配给体等离子体。以这种方式，EGAM可能有助于等离子体加热。因此，研究EGAM的性质，特别是在速度空间中的性质，对于精确理解托卡马克等离子体中的输运现象是必要的。在这项工作中，EGAM的非线性动力学不考虑模式与湍流的相互作用的模式粒子共振（MPR）的诊断实施的帮助下，在全球gyrokinetic粒子在细胞代码ORB5。ASDEX升级放电被选为本次调查的参考案例，由于其丰富的EP非线性动力学。实验相关的磁场配置，热物种的配置文件和EP密度配置文件采取EGAM啁啾建模和可用的经验数据的比较。同样的磁配置被用来探索能量转移的模式，从高能粒子的热等离子体，包括动力学电子效应。对于一个给定的EGAM水平的等离子体加热的模式可以显着增强通过改变EP参数。电子动力学降低了EGAM饱和幅度，从而降低了等离子体加热，即使模式将其能量传递给热离子比电子多得多。
2020-03-27 physics.plasm-ph
Flux-driven integrated modelling of main ion pressure and trace tungsten transport in ASDEX Upgrade
托卡马克堆芯等离子体中重杂质的新经典输运和湍流输运由主离子温度、密度和环向旋转分布决定。因此，为了理解和防止W积累的实验行为，通量驱动的集成建模的主离子热和粒子传输在多个约束时间是一个重要的先决条件。第一次，准线性gyrokinetic代码ZH-LiKiz已被应用于成功预测的核心动力学剖面在ASDEX升级H模式放电的湍流为主的区域内的综合建模套件JETTO。新古典贡献计算NCLASS;辅助热和粒子沉积配置文件由于NBI和ECRH规定从以前的分析与TRANSP。湍流和新古典的贡献是不够的，在解释主离子热量和粒子运输内的$q=1$表面，需要处方进一步的运输系数，以模仿中央运输的MHD活动的影响。在$ρ_\mathrm{tor} = 0.85$处的模拟边界处的离子与电子温度比在显著超过1时稳定离子尺度模式，同时不稳定ETG模式。使用高斯过程回归技术的实验测量进行仔细分析，以探索合理的不确定性。在以下微量W杂质输运模拟进行额外的近地天体，新古典运输下考虑极向不对称单独被发现是不足以建立中空的中心W密度分布。只有当假设饱和$(m,n)=(1,1)$ MHD模式对重杂质输运的直接影响时，才有可能重现实验测量的这些条件。
2020-02-03 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
A conservative scheme for electromagnetic simulation of magnetized plasmas with kinetic electrons
本文提出并验证了一种用于自旋粒子模拟磁化等离子体中电磁波和不稳定性的守恒格式。由漂移动力学方程导出的电子连续性方程，通过由平行矢势计算的扰动机械流，将电子密度扰动时间推进，由扰动分布函数计算的扰动正则流，求解平行矢势。在回旋粒子模拟中，利用这种新格式恢复了无剪切平板中的剪切Alfvén波频散关系和剪切柱体中的连续阻尼。新方案克服了传统微扰模拟方法对垂直网格尺寸的严格要求，即对于长波长Alfvén波，垂直网格尺寸必须与电子无碰撞趋肤深度一样小.新方案还避免了传统方法中由扰动密度计算的静电势与由扰动正则流计算的矢量势不一致而产生非物理意义上的大平行电场的问题。最后，与流体模拟相比，剪切柱体中Alfvén波的回旋粒子模拟具有更好的数值特性，流体模拟遭受与奇异模式结构相关的数值困难。
2017-12-03 physics.plasm-ph
Gyrokinetic analysis and simulation of pedestals, to identify the culprits for energy losses using fingerprints
托卡马克装置中的聚变性能关键取决于边缘输运势垒（ETB）抑制能量损失的有效性。指纹的新概念被引入到识别的不稳定性，导致运输损失的ETB的许多今天的实验，从广泛假设的候选人。分析的回旋-麦克斯韦方程组，和实验的回旋模拟，发现每种模式类型产生的各种渠道的传输特性比：密度，热量和杂质。这与某些通道中传输的实验观察或通道驱动源的相对大小一起，可以识别或确定导致能量传输的主导模式。在多个ELMy H模式的情况下，检查，这些指纹表明，MHD类模式显然不是能量传输的主导因素;相反，这个角色是由微撕裂模式（MTM）和电子温度梯度（ETG）模式，此外，可能离子温度梯度（ITG）/陷阱电子模式（ITG/TEM）JET。类MHD模式可能主导电子粒子损失。波动频率也可以是一种重要的识别手段，而且往往与运输指纹密切相关。分析论点统一并解释了以前在多个设备上的不同实验观察，包括DIII-D，JET和ASDEX-U，并且两个DIII-D ETB的详细模拟也证明并证实了这一点。
2019-03-24 physics.plasm-ph
Reduced model for H-mode sustainment in unfavorable $\mathbf{ \nabla B}$ drift configuration in ASDEX Upgrade
本文将基于交换-漂移-Alfvén湍流的H模维持约化模型扩展至不利$\ abla B$漂移实验，结合磁剪切诱导的Reynolds应力理论，成功重现了进入条件的不对称性，且其径向电场预测与实验及模拟一致。
2023-10-19 physics.plasm-ph
Hollow toroidal rotation profiles in strongly electron heated H-mode plasmas in the ASDEX Upgrade tokamak
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University（哥伦比亚大学应用物理与应用数学系）；VTT（芬兰技术研究中心VTT）
本研究探讨了ASDEX升级托卡马克中强电子回旋共振加热条件下I型ELMy H模式等离子体环形动量输运特性，发现强电子加热下空心旋转剖面的形成机制，揭示了内在扭矩与向内对流对维持有利旋转剖面的重要性。
2026-04-01 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of neoclassical electron transport and bootstrap current generation in tokamak plasmas in the TRIMEG code
本研究在基于三角形网格的回旋动理学程序TRIMEG中实现简化洛伦兹碰撞算符，推导非结构化网格下的通量面平均计算方法，验证了其计算电子输运与自举电流的能力，为后续自洽纳入新经典效应奠定基础。
2023-06-13 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Theory of Low-frequency Electromagnetic Waves in Finite-$β$ Anisotropic Plasmas
本文提出了有限$β$各向异性均匀等离子体中频率远低于离子回旋频率的电磁波和不稳定性的回旋动力学理论。这里，$β$是等离子体压力和磁压力之间的比率。分析中充分保留了有限拉莫尔半径和波粒共振引起的动力学效应。相应的线性色散关系和波的偏振，有效的一般$β$值和垂直波长，然后具体推导了双麦克斯韦等离子体。给出了动力学不稳定性判据和镜像不稳定性判据的解析表达式。模式的频率，稳定性和波偏振的一个广泛的频谱正常模式，然后在一组参数的系统研究中进行了数值研究。我们的研究清楚地表明，由于有限离子的拉莫尔半径效应，离子声波，镜像模式，和剪切阿尔芬波本质上耦合。
2022-03-24 physics.plasm-ph
Comparative study of gyrokinetic, hybrid-kinetic and fully kinetic wave physics for space plasmas
一组数值求解器的线性色散关系的gyrokinetic，混合动力学，和完全动力学模型的动力学Alfvén波和快磁声模式在这些模型中的物理研究。特别是，我们专注于相关的参数，面向太阳风的应用程序（使用均匀的，各向同性的背景），其特征在于波传播角平均接近90°。结果发现，gyrokinetic模型，而缺乏高频解决方案和回旋效应，忠实地再现完全动力学阿尔文波物理接近，有时显着超出，其有效性范围的边界。混合动力学模型，另一方面，是更完整的高频波，但由于其简单的电子模型，它被发现严重低估波阻尼率，即使在离子空间尺度在很大范围内的参数，尽管包含完整的动力学离子物理。
2016-05-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of energetic particles on zonal flow generation by toroidal Alfven eigenmode
利用非线性回旋动力学理论研究了高能粒子驱动环形Alfven本征模产生带状流的问题。结果表明，由于热等离子体的非线性响应，非线性共振EP贡献超过了通常的雷诺应力和麦克斯韦应力。在TAE的线性生长阶段，ZF可以被强制驱动，其生长速率是TAE生长速率的两倍。ZF的产生机制被证明是与共振EP非线性引起的极化。生成的ZF具有通常的中尺度和微尺度的径向结构。这种强制驱动ZF的TAE的非线性动力学的可能后果进行了讨论。
2016-06-15 physics.plasm-ph
A New Paradigm for Fast and Repetitive Chirping of Alfvén Eigenmodes
构造了一个新的二维非线性动力学模型，解释了在全球回旋动力学模拟中观测到的聚变等离子体中高能粒子激发的Alfvén本征模的快速重复频率啁啾和振幅振荡.在这种无碰撞相空间动力学的非微扰范例中，波粒共振相互作用导致相空间结构不断扭曲和折叠，导致阿尔文本征模的重复激发和衰减。的径向（垂直于占主导地位的波粒相互作用）依赖的模式振幅和环形进动漂移的高能粒子导致的波粒相互作用，这被发现是负责的重复过程的模式结构的形成和破坏的二维动力学。
2021-11-29 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
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
Influence of the density gradient on turbulent heat transport at ion-scales: an inter-machine study with the gyrokinetic code stella
本研究利用stella代码对多种仿星器和托卡马克开展多装置模拟，发现密度梯度对不同装置离子热输运的影响存在差异，并揭示了各装置中主导的微观不稳定性类型，为聚变堆湍动热输运控制提供参考。
2024-04-15 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of magnetic structures in high-beta plasmas of the Earths magnetopause and of the slow solar wind
利用包含有限Larmor半径效应的回旋动力学描述，研究了由电场和磁镜力共同作用捕获共振粒子的非线性效应.一个一般的非线性解决方案，发现支持的非线性所产生的共振粒子，捕获的平行电场和磁镜力的联合行动。应用这些结果的空间等离子体的条件下，我们表明，在磁鞘等离子体中，相干非线性磁抑郁可能会产生与非线性镜模式和支持的人口的陷阱离子形成一个驼峰的分布函数。这些物体可能是孤立的，也可能是由弱相关结构组成的训练（椭圆余弦波）。在太阳风和地球磁层顶中，电子和离子温度各向异性，具有相同的数量级，我们发现了相同形式的相干磁洞，这是由于两个分支的非线性磁声模式，电子镜和场膨胀模式，也包括动力学Alfven模式，并支持的人口的捕获电子。局部磁孔可以具有平行于磁场并沿其强烈伸长的移动倾斜板或椭圆体的形式，其沿磁场传播并可以通过等离子体流在垂直方向上对流。虽然离子镜结构是纯压缩磁性的，具有可忽略的磁扭转和电场，磁声和动力学Alfven结构具有有限的静电势、磁压缩和磁扭转，但垂直和平行磁场的比率仍然很小。
2017-05-08 physics.plasm-ph
Verification of a Fully Implicit Particle-in-Cell Method for the $v_\parallel$ Formalism of Electromagnetic Gyrokinetics in the XGC Code
在XGC中实现了一种全隐式的粒子网格法来处理电磁陀螺动力学的$v_\parallel$形式。通过选择$v_\parallel$ -形式主义，我们避免了在安培定律中引入非物理皮肤项，这些皮肤项是$p_\parallel$ -形式主义中众所周知的"取消问题”的原因。然而，$v_\parallel$ -形式主义，是已知的，遭受从一个数值不稳定性时，显式的时间积分方案是由于在粒子运动方程的时间导数的外观从感应分量的电场。在这里，使用传统的$δf$计划，我们证明了我们的隐式离散算法可以提供数值稳定的模拟结果与准确的色散特性。我们使用剪切阿尔文波传播的测试情况下，除了证明ITG-KBM过渡的情况下，验证该算法。ITG-KBM过渡的情况下，从其他$δf$ gyrokinetic代码/计划，其验证已经存档在文献中获得的结果进行了比较。
2021-06-12 physics.plasm-ph
Nonlinear interaction of Alfvénic instabilities and turbulence via the modification of the equilibrium profiles
使用 ORB5 代码模拟高能粒子驱动的 Alfvén 模式，发现其通过携带热通量修改等离子体温度剖面，从而间接减弱湍流，并在 ASDEX Upgrade 实验案例中验证了该效应。
2023-06-28 physics.plasm-ph
Mode structure symmetry breaking of reversed shear Alfvén eigenmodes and its impact on the generation of parallel velocity asymmetries in energetic particle distribution
本文采用陀螺动力学本征值程序LIGKA、漂移动力学/磁流体混合程序HMGC和陀螺动力学全f程序TRIMEG-GKX研究了反向剪切Alfvén本征模（RSAE）的模态结构细节。使用ASDEX升级等离子体的参数，进行基准与三种不同的物理模型的RSAE没有和高能粒子（EP）。合理的协议已被发现的模式频率和增长率。当包含EP时，由于EP的非微扰效应，观察到模式结构对称性破缺（MSSB）。研究发现，MSSB性质具有有限的径向波相速度特征，线性模式结构可以用具有复参数$σ$和$s_0$的解析复高斯表达式$A(s)=e^{- σ(s-s_0)^2}$很好地描述，其中$s$是归一化的径向坐标。当EP驱动从$q_{min}$的一侧移动到另一侧时，模式结构以相反的方式失真，具体地，产生具有相反符号的非零平均径向波数$\langle k_s\rangle$。用初始EP密度分布和相应的模式结构作为HAGIS程序的输入，研究了EP输运。由于平均径向波数$\langle k_s\rangle$的不同值，对应于EP驱动远离$q_{min}$的不同初始EP密度分布，EP的平行速度在相反方向上产生。
2021-07-14 physics.plasm-ph
Indirect nonlinear interaction between toroidal Alfvén eigenmode and ion temperature gradient mode mediated by zonal structures
本文基于非线性回旋动理学理论研究TAE与ITG间的间接非线性相互作用，推导并求解非线性ITG模方程，发现TAE拍驱动的带状结构对ITG仅有微弱失稳效应，纠正了以往推测。
2024-08-28 physics.plasm-ph
Electromagnetic turbulence suppression by energetic particle driven modes
近年来，在大量的磁约束实验和相应的回旋动力学模拟中，已经报道了高能粒子存在下等离子体湍流的强烈减少。虽然与燃烧等离子体的性能预测高度相关，但到目前为止，对这种主要非线性效应的解释仍然难以捉摸。一个彻底的分析发现，线性边缘稳定的高能粒子驱动模式被激发非线性，消耗湍流的能量含量，并作为一个额外的催化剂的能量转移到带状模式（占主导地位的湍流饱和通道）。相应的签名被发现在一些不同的JET和ASDEX升级放电与减少运输水平归因于高能离子效应的模拟。
2018-12-10 physics.plasm-ph
Nonlinear Energetic Particle Transport in the Presence of Multiple Alfvenic Waves in ITER
本文采用HAGIS-LIGKA非线性混合模型对环形Alfven本征模进行了多模ITER研究。研究发现，早期ASDEX升级放电研究的主要结论可以转移到ITER方案：全球性的，非线性效应是至关重要的多模方案的演变。这项工作的重点是ITER 15 MA的基线方案，在磁轴的安全系数为$q_0 =$ 0.986。系统的最小阻尼本征模态的陀螺动力学，非微扰LIGKA求解器，涉及模式结构，频率和阻尼。考虑到所有的弱阻尼模式，可以线性识别，非线性模拟与HAGIS揭示了强大的多模行为：而在某些参数范围内，准线性估计结果是合理的近似的非线性松弛高能粒子的轮廓，在一定条件下，低n TAE分支可以激发。结果，不仅所有模式的振幅增长到（高达数量级）比单模情况更高的值，而且在$ρ_\mathrm{pol} =$ 0.6和0.85之间的外径向区域中触发强重新分布，远高于准线性估计。
2015-09-14 physics.plasm-ph
TRIMEG-GKX: an electromagnetic gyrokinetic particle code with a Piecewise Field-Aligned Finite Element Method for Micro- and Macro-Instability Studies in Tokamak Core Plasmas
本文介绍了TRIMEG-GKX电磁回旋动理学粒子代码，其采用面向对象编程、无滤波器处理和高阶分段场对齐有限元方法，通过粒子分解和域克隆并行化，成功应用于托卡马克核心等离子体微观和宏观不稳定性研究。
2025-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Verification of the PICLS electromagnetic upgrade in mixed variables
针对回旋动理学粒子网格代码PICLS的安培抵消问题，研究人员实现了带拉回方案的混合变量表述，并通过剪切阿尔芬波模拟完成了该代码不同电磁升级表述的验证。
2025-03-21 physics.plasm-ph
