Runaway Electron Dynamics in ITER Disruptions with Shattered Pellet Injections
该研究利用 DREAM 系统模拟 ITER 碎丸注入破裂缓解，发现错峰两级注入可改善同化并抑制热尾逃逸电子，但无法使 15 MA DT 等离子体达到可接受电流。
2024-01-25 physics.plasm-ph
Lagrangian particle model for 3D simulation of pellets and SPI fragments in tokamaks
基于拉格朗日粒子程序[R.萨穆利亚克角王洪- S.陈伟，可压缩流体动力学的拉格朗日粒子法，计算学报。物理、362（2018），1-19]。颗粒代码实现了低磁雷诺数MHD方程，动力学模型的电子加热，颗粒表面烧蚀模型，状态方程，支持多个电离状态，辐射，和一个模型的梯度B漂移的烧蚀材料在整个磁场。拉格朗日粒子算法具有高度的自适应性，能够在三维空间模拟大量碎片，同时消除了处理托卡马克背景等离子体的数值困难。对于球对称烧蚀流，该程序与理论计算结果吻合较好。氖和氘丸在磁场范围从1到6特斯拉的轴对称模拟已与以前的模拟使用FronTier代码进行了比较，也获得了很好的协议。本文的主要物理贡献是详细研究了三维效应，特别是B级漂移对弹丸烧蚀率和烧蚀云性质的影响。与轴对称模拟相比，磁场中的烧蚀率降低较小，因为烧蚀材料在存在梯度B漂移的情况下不限于变窄的通道。还量化了B级漂移模型中各种因素的贡献。
2020-11-26 physics.plasm-ph
Pellet fuelling of plasmas with ELM mitigation by resonant magnetic perturbations in MAST
浅燃料丸从高场侧注入到等离子体中，其中ELM已经使用外部磁扰动线圈减轻。的数据进行了比较，理想的假设在ITER燃料模型，即减轻ELMs不受燃料颗粒。首先，它表明，在颗粒蒸发过程中，ELM被触发，在此期间的颗粒损失量可能大于（因子~1.5）在ELM过程中的颗粒损失，这不是由颗粒引起的。其次，一个有利的例子，其中后颗粒的颗粒损失，由于减轻ELMs是类似的非颗粒的情况下，但不利的反例也存在。
2013-05-13 physics.plasm-ph
Modeling of carbon pellets disruption mitigation in an NSTX-U plasma
使用M3 D-C1在NSTX-U类等离子体中进行单碳颗粒破坏缓解模拟，以支持电磁颗粒注入概念（EPI）。碳烧蚀模型已在M3 D-C1中实现，并使用可用数据进行了测试。为了估计淬灭等离子体所需的碳量，进行了2D模拟，发现如果完全烧蚀，则$1\,$ mm半径的玻璃质碳丸粒中的含量（~ 3.2x10E20个原子）将是足够的。进行了3D模拟，扫描了颗粒速度和平行热导率，以及不同的注射方向和颗粒概念（固体颗粒和壳颗粒）。的热淬火和其他相关的量，这些参数的灵敏度进行了评估。半径为1 mm的固体颗粒在300 m/s或更高的速度下仅部分烧蚀，因此不能完全淬灭等离子体。为了进一步增强烧蚀，还探索了近似于弹丸阵列和壳弹丸概念。3D场线随机化在淬灭等离子体中心和热通量损失方面都起着重要作用，因此与2D情况相比，降低了减轻等离子体所需的碳量。这项研究是NSTX-U和ITER等其他设备中缓解中断的“预测优先”模拟向前迈出的重要一步。
2021-06-28 physics.plasm-ph
MHD Simulation Study on Impurity Assimilation Efficiency and Disruption Dynamics during Shattered Pellet Injection
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本研究通过磁流体动力学模拟分析了破碎丸注入中杂质吸收效率和失稳动力学，发现碎片速度、细度及电阻率等参数对等离子体行为有显著影响。
2025-12-17 physics.plasm-ph
ITER-IA 3D MHD Simulations of Shattered Pellet Injection(SPI)- D1.1 Optimization of the SPI model
本报告总结使用 NIMROD 代码对多种 ITER 平衡态进行的轴对称 SPI 参数扫描，涵盖碎片尺寸、速度及注入角等五种情景，为三维 MHD 模拟做准备。
2023-10-19 physics.plasm-ph
Pellet refuelling of particle loss due to ELM mitigation with RMPs in the ASDEX Upgrade tokamak at low collisionality
在ASDEX升级托卡马克上演示了由边缘局域模（ELMs）缓解引起的等离子体密度损失（泵出）的完全换料。等离子体通过注入冷冻氘丸来补充燃料，并且ELM通过外部共振磁扰动（RMP）来减轻。在这个实验中，相关的无量纲参数，如相对颗粒尺寸，相对RMP振幅和基座碰撞保持在ITER的类似值。密度泵出的加油需要额定加油率增加两倍。能量约束和基座温度不能通过芯块换料恢复到RMP前的值。
2015-10-07 physics.plasm-ph
Reduced kinetic modelling of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文通过简化动力学建模重现 ASDEX Upgrade 破碎弹丸注入实验的关键趋势，验证了该方法对辐射能量份额、电流猝灭及逃逸电子抑制的预测能力，并揭示了碎裂统计涨落仅在中等氖掺杂时显著影响破裂动力学。
2026-09-25 physics.plasm-ph
Modelling of shattered pellet injection experiments on the ASDEX Upgrade tokamak
针对ASDEX Upgrade托卡马克的破碎弹丸注入实验，用1.5D INDEX代码研究碎片尺寸、速度和成分对材料同化的影响，发现其趋势与实验观测定性一致，为破裂缓解提供参数依据。
2025-02-13 physics.plasm-ph
Quantitative 3D non-linear simulations of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade using JOREK
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Beihang University（北京航空航天大学）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Institute of Plasma Physics of the CAS（捷克科学院等离子体物理研究所）；CEA/IRFM（法国原子能和替代能源委员会/核聚变研究集成设施）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
利用JOREK对ASDEX升级装置碎屑注入进行定量三维非线性模拟，以优化参数并验证模型预测。
2026-02-13 physics.plasm-ph
Effect of Two-Stage Shattered Pellet Injection on Tokamak Disruptions
托卡马克反应堆中有效的中断缓解系统应限制壁暴露于局部热损失和高电流逃逸电子束的影响，并避免结构上的过度力。我们评估了关于这些方面的两阶段氘氖粉碎弹丸注入ITER类等离子体，使用模拟与梦想框架[M。Hoppe等人（2021）Comp. Phys. Commun. 268，108098]。为了使获得的逃逸电流最小化，找到了最佳的氘注入量范围，该范围对等离子体对莱曼辐射的不透明度敏感，这影响氘的电离度，从而产生雪崩逃逸。的两阶段的注射方案，其中稀释冷却产生的氘之前，由氖引起的辐射热淬火，减少了热尾种子和局部输送的热负荷的墙壁上。然而，在核操作期间，来自活化壁和氚的额外失控种子源使得难以达到可容忍的低失控电流。
2022-01-26 physics.plasm-ph
Plasmoid drift and first wall heat deposition during ITER H-mode dual-SPIs in JOREK simulations
本文利用 JOREK 模拟 ITER H 模式双 SPI 破裂缓解，揭示低氖比例下等离子体团漂移降低缓解效率，并量化第一壁热沉积能量冲击，表明良好同步可显著降低壁面损伤风险。
2024-06-07 physics.plasm-ph
Radiated energy fraction of SPI-induced disruptions at ASDEX Upgrade
本研究在ASDEX Upgrade装置中通过200多次放电分析SPI诱导破裂的辐射能量分数，发现弹丸氖含量是主导因素，12.5°矩形破碎头碎片可提高$f_{rad}$，并确定了$D_2$弹丸破裂阈值及混合弹丸$f_{rad}$饱和特性，为ITER破裂缓解提供支持。
2025-04-16 physics.plasm-ph
Hot-tail electrons' impact on assimilation and injection penetration of D2 Shattered Pellet Injections
碎片烧蚀率是影响冲击减缓系统（DMS）减缓效率的重要因素。目前主流的3D MHD代码建模SPI大多假设先前热的环境电子和新释放的冷电子之间的瞬时热化，如果热电子热化时间与碎片飞行时间相当甚至更长，则会导致低估烧蚀率。为了解决这个疑问，我们在此调查热化动力学和整体热电子碰撞。本文考虑了在快速冷却等离子体中热尾电子的有限时间碰撞热化，以及所谓的“自限”效应。前一种效应倾向于耗尽热尾物种中较冷的种群，而后者被发现优先耗尽较高能量的种群。结合的结果发现，导致几乎自相似的衰变的热电子分布函数，而它的形状并没有偏离麦克斯韦分布的平均能量没有改变太多的热化过程中。在此基础上，轴对称JOREK D2 SPI模拟进行了额外的热尾贡献，以评估其对注入同化和渗透的整体影响。结果发现，热尾效应确实会导致增强的同化和较浅的穿透，虽然整体效果取决于确切的注射配置，与缓慢的注射显示可以忽略不计的热尾效应，而快速的单一非粉碎弹丸的情况下，显示激烈的热尾烧蚀增强。对于ITER类SPI参数，总同化没有明显的偏差，但在快速注入速度的情况下，观察到一些偏差的注入穿透。
2022-06-24 physics.plasm-ph
Modelling of shattered pellet injection experiments on the ASDEX Upgrade tokamak
本文利用INDEX代码对ASDEX Upgrade的碎粒注入进行1.5维参数扫描，揭示碎片尺寸、速度和氘/氖成分对穿透与同化的影响，并与实验趋势相互验证。
2023-12-06 physics.plasm-ph
Non-linear MHD modelling of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Beihang University（北京航空航天大学）；CEA/IRFM（法国原子能和替代能源委员会/聚变研究部）
本文通过非线性MHD模拟研究了ASDEX升级装置中SPI的失稳缓解效率，分析了不同注入参数对热能损失和杂质吸收的影响。
2025-08-04 physics.plasm-ph
Numerical model for pellet rocket acceleration in PELOTON
Stony Brook University（石溪大学）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究与磁约束物理研究所）
本文提出了一种用于PELOTON中颗粒火箭加速的数值模型，通过实验验证了该模型，并展示了等离子体状态梯度和云层重叠对火箭加速的影响。
2026-02-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radiation asymmetry and MHD destabilization during the thermal quench after impurity Shattered Pellet Injection
利用JOREK程序对混合粒子注入（SPI）后的辐射响应和热失稳过程进行了三维非线性MHD数值模拟。$n=0$的全球电流分布收缩和局部螺旋冷却在每个合理的表面所造成的颗粒碎片被发现负责注入后的MHD不稳定。当碎片穿过低阶有理表面时，观察到显著的电流驱动模式生长，导致快速向内传播的随机磁场，最终导致核心温度崩溃。当碎片到达$q=1$或$q=2$表面时，根据精确的$q$分布和模式结构触发热猝灭（TQ）。当注入从一个单一的环形位置，强烈的辐射不对称性被发现之前和期间的TQ作为沿场线和不对称的向外的热通量的非弛豫的杂质密度分布的结果。这种不对称性逐渐放松的过程中的TQ，并完全消除了结束it.Simulation结果表明，上述不对称的辐射行为可以显着减轻注入从环形相对的位置，提供了两个注入器之间的时间延迟短于$1ms$。研究还发现，在多次注入的情况下，磁流体动力学响应对注入的相对定时和注入结构很敏感。
2020-11-25 physics.plasm-ph
Model-based electron density profile estimation and control, applied to ITER
在当代的磁约束装置中，密度分布用干涉仪感测并且用反馈控制的气体注入和开环颗粒注入来致动。这与ITER和DEMO的密度控制不同，后者将主要依赖于作为反馈控制中的致动器的弹丸注入。本文介绍了最近的发展，状态估计和控制的电子密度分布的ITER使用相关的传感器和执行器。作为第一步，汤姆逊散射包括在现有的动态状态观测器。其次，模型预测控制被开发为一种策略，以调节密度分布，同时避免与总密度（格林沃尔德极限）或密度分布梯度（例如，新古典杂质传输）相关联的限制。仿真结果表明，高质量的密度分布估计可以实现与汤姆逊散射和控制器是能够调节所需的分布。
2021-10-28 cs.SY eess.SY physics.plasm-ph
First predictive simulations for deuterium shattered pellet injection in ASDEX Upgrade
本文首次用JOREK MHD程序模拟了氘碎丸注入ASDEX升级版H模等离子体的过程。在大多数模拟中，电阻率增加一个数量级，以降低计算成本并允许广泛的参数扫描。研究了各种物理参数对MHD活动和热猝灭（TQ）动力学的影响，显示了MHD对烧蚀的影响。在大多数模拟中，TQ在注入后快速获得，典型持续时间为100微秒，在较低电阻率下减慢。虽然在模拟中n=1的磁扰动占主导地位，环形谐波n=10的等离子体核心的随机化和随机运输作出贡献。TQ后的密度分布在几百微秒内保持中空。然而，当通量表面围绕磁轴重新形成时，密度再次变得单调，这表明逃逸电子避免/减轻的有益行为。在注入$10^{21}$原子的情况下，TQ通常是不完整的，并且当碎片到达q=2有理表面时被触发。当注入的原子数量较多时，TQ甚至可以在碎片到达这个表面之前就开始了。对于这里考虑的低场侧注入，在消融区域中观察到向外对流单体的重复形成，从而减少材料同化。负责的是高密度云的压力突然上升，当随机区域进一步膨胀时，从热核心释放热量。在TQ之后，麦克斯韦应力产生了强烈的剪切极向旋转，这有助于重新形成通量面。
2019-12-29 physics.plasm-ph
AXUV synthetic diagnostic for ASDEX Upgrade and its application for SPI simulations
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；Institute for Atomic Energy Research, HUN-REN Centre for Energy Research（原子能研究所，匈牙利研究网络能源研究中心）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本研究开发了基于Cherab-Raysect框架的AXUV合成诊断工具，用于AUG托卡马克SPI模拟与实验测量的关联，高Ne含量弹丸的模拟与实验吻合度良好。
2026-08-25 physics.plasm-ph
Runaway electron generation in ITER mitigated disruptions with improved physics models
CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究设施）；KTH（皇家理工学院）
通过改进的物理模型，在ITER中利用碎屑注入缓解失稳，研究失控电子生成的抑制方法及影响因素。
2026-02-25 physics.plasm-ph
Laser diagnostics for negative ion source optimization: insights from SPIDER at the ITER Neutral Beam Test Facility
\' E cole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Swiss Plasma Center (SPC) , CH-1015 Lausanne , Switzerland
本研究介绍了ITER中性束测试设施SPIDER负离子源中CRDS和LAS两套激光诊断系统的升级、实验结果及其在优化负离子产生和监测铯分布中的关键作用。
2025-11-04 physics.plasm-ph
Design and preliminary operation of a laser absorption diagnostic for the SPIDER RF source
ITER加热中性束（HNB）注入器需要从H-/D-负离子的中性束向等离子体提供16.7 MW的功率，该离子束由RF源产生并加速至1 MeV。为了增强H-/D-的产生，加速系统栅格的面向源（等离子体栅格）的表面将涂覆有Cs，因为其功函数低。铯将在放射源中通过特定的炉进行常规蒸发。监测铯的蒸发速率和铯在源内的分布是ITER热核实验装置获得预期性能的基础。为了正确设计ITER HNB的源并确定其最佳操作实践，在Consorzio RFX的中性束测试设施中开发并建造了原型RF负离子源SPIDER。将在天基信息平台上安装激光吸收光谱诊断仪，以便对铯密度进行定量估计。利用波长可调谐激光器，测量了平行于等离子体栅面和靠近栅面的4条视线上852 nm谱线的吸收谱，并由此测量了Cs在基态的谱线积分密度。这种诊断SPIDER的设计，详细的布局和关键部件。初步安装的诊断Cs炉的测试台上也进行了描述，连同其第一次实验结果;收集的测量上的基态人口减少的影响进行了讨论和部分校正。
2022-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
