Drift Wave versus Interchange Turbulence in Tokamak Geometry: Linear versus Nonlinear Mode Structure
本文通过三维托卡马克通量管的计算，研究了一般E-cross-B漂移湍流中漂移波与交换物理的竞争。对于一组给定的背景尺度，参数空间可以覆盖的等离子体β和漂移波碰撞。在足够大的等离子体β湍流爆发成理想的气球模式和饱和，只有通过耗尽自由能的背景压力梯度。在高碰撞，它发现一个更渐进的过渡到电阻气球。在中等β和碰撞，它保留漂移波的字符，定性相同的简单的二维板模型。其根本原因是非线性涡度平流，通过这种非线性涡度平流，自持漂移波湍流取代了线性不稳定性，在线性不稳定性增长之前将它们分散开，从而将其自身的物理特性强加于动力学。这种涡度平流催化梯度驱动，而饱和仅通过压力扰动的湍流混合发生。这种情况持续在整个托卡马克边缘参数空间。本文讨论了简化的等温模型和完全的温离子模型。
2002-07-31 physics.plasm-ph
Parametric upconversion of lower hybrid wave by runaway electrons in tokamak
研究了大振幅低杂波泵浦光参量衰减为逃逸电子模和上边带模的动力学形式。泵浦和边带对逃逸电子施加有质动力，驱动逃逸模式。与后者相关的密度扰动与由于泵浦而产生的振荡速度一起跳动，以产生边带。逃逸电子的有限平行速度扩展将参数不稳定性转变为受激康普顿散射过程，其中增长率与泵浦幅度的平方成比例。由此产生的大相速度波可以潜在地产生相对论电子。
2017-10-06 physics.plasm-ph
Post-Disruptive Runaway Electron Beam in COMPASS Tokamak
对于ITER相关的逃逸电子研究，如抑制，缓解，终止和/或控制逃逸束流，获得失控后的电子中断是重要的。在本文中，我们报告的第一个实现放电后分裂逃逸电子束，题为“逃逸平台”，在COMPASS托卡马克。失控平台是由大量的氩气注入产生的。几乎所有的中断与失控的电子平台发生在等离子体电流斜升阶段。在各种参数下比较了有平台和无平台的Ar注入放电。放电的Parametrisation表明，COMPASS中断满足失控高原发生的重要参数范围。这些参数包括电子密度、电场、击穿速度、有效安全系数、最大电流猝灭电场。除了这些典型的参数，等离子体电流值之前的大量气体注入令人惊讶地证明是重要的。
2015-03-10 physics.plasm-ph
The hot-tail runaway seed landscape during the thermal quench in tokamaks
在等离子体终止中断中，由快速冷却产生的热尾所产生的逃逸电子布居是下一个步骤托卡马克装置（如ITER）的一个严重问题。在这里，我们提出了一个全面的治疗的热淬火，包括超热电子动力学，热量和粒子的传输，原子物理学，和径向损失由于磁扰动：过程是密切相关的和必不可少的评估失控的种子中断减轻材料注入。我们确定的限制注入的杂质密度和磁扰动水平的失控种子电流是可以接受的，而没有过多的热能通过粒子的影响损失到壁。一致的建模的产生和损失表明，失控的光束往往形成的等离子体的边缘附近，在那里他们可以通过外部扰动deconfined。
2021-06-03 physics.plasm-ph
Gyrokinetic modelling of stationary electron and impurity profiles in tokamaks
利用回旋动力学程序GENE研究了离子温度梯度/俘获电子（ITG/TE）模式湍流引起的粒子输运。对ITG主导湍流的典型托卡马克参数进行了简化准线性（QL）处理和非线性（NL）模拟。一个自洽的处理，其中计算对应于零粒子通量同时为电子和微量杂质的固定的本地配置文件。固定配置文件与磁剪切，安全因子，电子与离子的温度比，碰撞，环向剪切旋转，三角形，和伸长率的缩放进行了研究。此外，还讨论了不同主离子质量对零通量条件的影响。电子密度梯度可以显著地影响固定杂质轮廓标度。因此，预期自洽处理将产生与参数扫描的实验结果更可比的结果，其中固定背景密度分布是敏感的。这被证明是在磁剪切，碰撞性，伸长率，和温度比，同时零通量电子和杂质配置文件计算扫描的情况下。氢，氘和氚之间的轻微不对称的轮廓峰得到，特别是在碰撞和温度比扫描。
2014-02-21 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
Multi-scale Full-orbit Analysis on Phase-space Behavior of Runaway Electrons in Tokamak Fields with Synchrotron Radiation
本文采用相对论体积保持算法，对托卡马克场中同步辐射逃逸电子的长期全轨道模拟进行了研究。详细的相空间行为的逃逸电子在不同的动力学时标跨越11个订单进行了研究。当观察小的时间尺度时，即，在洛伦兹力的作用下，电子逃逸的轨迹呈现出螺旋形的严重变形。在考虑动量矢量旋转与背景磁场耦合的情况下，对一种无碰撞的俯仰角散射现象--新经典散射进行了定性分析。在1秒以内的大时间尺度上，发现逃逸电子在相空间中的初始条件对俯仰角散射、动量演化和逃逸能量的损失增益比都有明显的全局影响。然而，初始值对同步辐射能量极限的影响很小。研究还发现，托卡马克装置的环向磁场、环向电压、安全因子分布和长半径等参数对同步辐射能量极限和新经典散射强度都有影响。当考虑磁场波动时，最大逃逸能量也低于同步极限。
2016-05-26 physics.plasm-ph
Influence of massive material injection on avalanche runaway generation during tokamak disruptions
在ITER等强流托卡马克装置中，失控雪崩会导致种子电子数的大幅放大。我们表明，通过杂质注入的中断缓解可能会显着增加失控的雪崩在这样的设备的增长率。这种效应源于弱电离等离子体中雪崩过程可用的目标电子数量增加，这只能部分地通过快速电子上增加的摩擦力来补偿。我们推导出部分电离等离子体中雪崩增长率的表达式，并研究了杂质注入对雪崩倍增因子和ITER类参数的最终失控电流的影响。对于与中断缓解相关的杂质密度，与先前的预测相比，失控种子的最大放大可以增加数十个数量级。这促使仔细的研究，以确定所需的密度和杂质物种，以获得可容忍的电流淬火参数，以及更详细的建模的失控动态，包括运输的影响。
2019-06-10 physics.plasm-ph
Reduced modeling of scrape-off losses of runaway electrons during tokamak disruptions
本文提出一个与一维模型兼容的逃逸电子刮削损失低维模型，并在DREAM中实现，结果表明该损失对ITER中实现完全逃逸避免可能至关重要。
2024-10-04 physics.plasm-ph
Synchrotron radiation from a runaway electron distribution in tokamaks
聚变等离子体中逃逸电子发射的同步辐射通过同步辐射光谱对逃逸电子粒子动量和俯仰角的强烈依赖性提供了关于这些参数的信息。有关逃逸密度及其空间分布的信息，以及上述量的时间演变，也可以推断出来。本文给出了典型雪崩逃逸电子分布的同步辐射谱。获得的光谱的电子分布进行比较，以规定的俯仰角的单能电子的发射。我们还研究了磁场曲率的影响，并分析了由此产生的频谱的灵敏度扰动的失控分布。推导的逃逸电子参数的影响进行了讨论。我们将我们的计算结果与DIII-D的实验数据进行比较，并估计观察到的最大逃逸能量。
2013-09-20 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 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
Stand-off runaway electron beam termination by tungsten particulates for tokamak disruption mitigation
本文通过MCNP模拟评估钨颗粒注入对托卡马克逃逸电子束的远距离终止效果，证明其在颗粒熔化前可有效移除99%束能量并终止99%逃逸电子，为ITER等装置提供可行的破裂缓解方案。
2023-10-25 physics.plasm-ph
Mechanism of runaway electron beam formation during plasma disruptions in tokamaks
提出了托卡马克等离子体破裂过程中逃逸电子束形成的一种新的物理机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模式形成的强随机磁场引起的。证明了逃逸电子束是在位于$q=1$和最近的低阶有理磁表面[ $q=5/4$或$q=4/3$，\dots ]之间的完整磁表面内的中心等离子体区中形成的。结果表明，逃逸电子束流具有螺旋性质，主要成分为$m/n=1/1$。热淬火和电流淬火时间估计使用碰撞模型的电子扩散和双极粒子输运中的随机磁场，分别。讨论了逃逸电子流衰减的可能机制，即外漂移电子轨道和高能电子与$m/n=1/1$ MHD模的共振相互作用。
2015-04-27 physics.plasm-ph
Thermal modeling of runaway electron induced damage in the SPARC tokamak
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Chalmers Universiy of Technology（查尔姆斯理工大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
本文提出了一种热模型，用于分析SPARC托卡马克中失控电子对钨基PFC瓷砖的热损伤，通过参数扫描和现实面板设计提高热分析的准确性。
2026-03-04 physics.plasm-ph
DREAM: a fluid-kinetic framework for tokamak disruption runaway electron simulations
避免逃逸电子（RE）在等离子体终止中断中的有害影响是磁聚变装置安全系统设计的关键。在这里，我们描述了一个计算效率高的数值工具，允许自洽的等离子体冷却和相关的RE动力学在中断的模拟。它解决了通量表面平均传输方程的等离子体密度，温度和极向通量，使用反弹平均动力学方程自洽地提供电子电流，热量，密度和RE的演变，以及电子分布函数。作为一个例子，我们考虑中断的情况下，材料注入和比较电子动力学解决不同层次的复杂性，从完全动力学流体模式。
2021-08-10 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
A Drift-Kinetic Analytical Model for SOL Plasma Dynamics at Arbitrary Collisionality
本文导出了一个描述任意碰撞度下托卡马克装置刮除层区等离子体动力学的漂移动力学模型。我们的配方是基于一个gyroaveraged拉格朗日描述的带电粒子运动，和相应的漂移动力学玻尔兹曼方程，包括一个完整的库仑碰撞算子。使用厄米-拉盖尔速度空间分解的陀螺平均分布函数，一组方程来发展的展开系数。通过计算库仑碰撞算符的矩，可以研究任意碰撞度下任意远离平衡态的分布函数。在高碰撞极限的流体封闭，相应的流体方程与以前推导的流体模型进行了比较。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Mechanisms of plasma disruption and runaway electron losses in tokamaks
本文在分析大量TEXTOR托卡马克等离子体破裂实验数据的基础上，提出了逃逸电子束的形成和损失机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模形成的强随机磁场引起的。据推测，失控的电子束是形成在由一个完整的磁表面，由于电子的感应环形电场的加速限制的中心等离子体区域。在具有安全因子$q(0)<1$的等离子体的情况下，最稳定的逃逸电子束由位于磁表面$q=1$和最近的低阶有理表面$q=m/n>1$（$q=5/4$，$q=4/3$，.）之间的完整磁表面形成。估算了热失超时间和电流失超时间.逃逸电子束流被建模为环对称部分和一个小幅度的螺旋电流占主导地位的$m/n=1/1$组件的总和。逃逸电子的损失是由于两种效应：（$i$）通过电子在环形电场中向外漂移直到它们接触壁和（$ii$）通过在束边缘形成逃逸电子的随机层。在$m/n=1/1$ MHD模存在下，形成了这种高能逃逸电子的随机层。它具有混合拓扑结构，具有一个随机的开放区域。讨论了外共振磁扰动对逃逸电子损失的影响。本文用高能电子轨道与$m/n=1/1$ MHD模共振相互作用过程中逃逸电流的重新分布解释了伴随逃逸电子爆发的突发MHD信号的可能原因。
2015-03-23 physics.plasm-ph
Edge-localized-mode heat load effects on plasma-facing materials studied using runaway electrons in the Damavand tokamak
Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）
达马万德托卡马克通过研究失控电子热负荷模拟ELMs对等离子体面材料的影响
2025-11-29 physics.plasm-ph
Modeling the complete prevention of disruption-generated runaway electron beam formation with a passive 3D coil in SPARC
在托卡马克等离子体突然终止过程中，可能形成相对论性“逃逸”电子（RE）的多兆安培束，这对托卡马克作为聚变能源的发展构成了重大挑战。在这里，我们使用最先进的破坏磁流体动力学模型，结合RE产生和传输的自洽演化，表明非轴对称的容器内线圈将被动地防止RE束形成，在托卡马克，紧凑，高场，高电流设备，能够实现聚变增益Q > 2的氘氚等离子体中的中断。
2021-10-20 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
Influence of collisions on trapped-electron modes in tokamaks and low-shear stellarators
本研究通过解析与模拟方法，评估碰撞对托卡马克和低剪切仿星器中俘获电子模增长率的影响，发现高碰撞率下几何依赖的稳定化及低碰撞率下多种模式混合，并识别出W7-X和HSX低波数模中碰撞诱导的通用不稳定性转变。
2024-05-24 physics.plasm-ph
Plasma steering to avoid disruptions in ITER and tokamak power plants
操纵托卡马克等离子体通常被视为避免破坏和逃逸电子的一种方法。等离子转向听起来像开车上班一样安全，但将显示出更接近于在结冰的道路上通过浓雾高速驾驶。与可以预见危险的时间相比，终止ITER放电所需的时间很长，类似于在浓雾中驾驶。如果失去了对血浆的控制，重新获得控制的难度就像在结冰的道路上开车一样。破坏和失控与三个问题有关-解决其中一个问题往往会使其他两个问题的解决方案复杂化：失去等离子体位置控制，过度的热沉积，以及由于失控电子而导致的壁熔化。这三个风险都必须得到解决，ITER才能实现其使命，并在部署托卡马克发电厂之前基本消除。
2021-03-26 physics.plasm-ph
FIREWALL: A surrogate model for the rapid assessment of tokamak wall loading and melting by runaway electrons
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
FIREWALL 是一种替代模型，结合 Geant4 数据库与一维热扩散求解器，快速预测托卡马克壁面熔化，实现大规模场景筛选。
2026-10-01 physics.plasm-ph
Runaway electron interactions with whistler waves in tokamak plasmas: energy-dependent transport scaling
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
提出基于第一性原理的三维托卡马克平衡框架，通过耦合 AORSA 和 KORC 模拟 runaway electron 与 whistler wave 相互作用，揭示随初始能量变化的异常输运行为，为基于波的缓解策略奠定理论基础。
2026-09-22 physics.plasm-ph
The Impact of Collisionality, FLR and Parallel Closure Effects on Instabilities in the Tomakak Pedestal: Numerical Studies with the NIMROD code
扩展磁流体NIMROD代码[C.R. Sovinec和J.R. King，J. Comput. Phys.229，5803（2010）]相对于理想MHD ELITE代码[H.R. Wilson等，Phys.Plasmas 9，1277（2002）]。当NIMROD模型的复杂性逐渐增加时，电阻和一阶有限拉莫尔半径效应分别是不稳定的和稳定的。完整的结果相比，当地的分析计算，被发现高估的电阻不稳定和漂移稳定相比，NIMROD计算。
2017-01-31 physics.plasm-ph
Assessment of the Runaway Electrons induced damage to the Tokamak First Wall
基于ASDEX Upgrade实验的RE能量分布，利用FLUKA模拟和FreeFem++有限元模型，评估了逃逸电子对铍和钨第一壁的损伤，揭示了撞击角与沉积能量的关系及RE电流对熔化的影响。
2025-08-28 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
Resistive Hose modes in Tokamak Runaway Electron Beams
该研究针对托卡马克破裂产生的逃逸电子束，通过线性计算与模型对比发现电阻软管不稳定性在大电阻率下增长快于撕裂模且与等离子体响应解耦，还估算出DIII-D装置中其占主导的温度区间。
2023-08-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Impurity transport and bulk ion flow in a mixed collisionality stellarator plasma
由标准碰撞输运机制导致的磁约束等离子体核心中杂质的积累是对其作为聚变能源的性能的已知威胁。虽然轴对称托卡马克系统已被证明受益于温度屏蔽效应，即由温度梯度驱动的杂质向外通量，但仿星器中的杂质积累被认为是不可避免的，由热聚变等离子体的向内指向电场特性强烈驱动。我们在Helander et.（2017 b），这种屏蔽原则上也可以出现在仿星器中，在实验相关的混合碰撞制度中，其中高度碰撞的杂质物质存在于低碰撞性的块状等离子体中。详细的分析计算在这里，随着对散装离子流，这将最终影响到自举电流的批量贡献的杂质的效果。
2017-07-04 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
An asymptotic-preserving 2D-2P relativistic Drift-Kinetic-Equation solver for runaway electron simulations in axisymmetric tokamaks
本文提出了一种渐近保持（AP）、一致收敛的相对论性碰撞漂移动力学方程（rDKE）数值格式，用于模拟轴对称环形磁场中的逃逸电子.该方法是来自一个精确的格林函数解与数值近似的量化影响，并导致一个简单的，两步操作分裂算法，由碰撞欧拉步骤，和拉格朗日轨道积分步骤与分析规定的内核。该方法的AP字符的主要数值误差的分析表明，以及通过数值实验。我们证明了该算法的能力，提供准确的答案，无论等离子体碰撞的圆形轴对称托卡马克几何形状。
2021-05-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Non-thermal electron cyclotron emission during runaway plateau in tokamak disruptions from a highly anisotropic dielectric tensor
Seoul National University（首尔大学）；Nuclear Research Institute for Future Technology and Policy, Seoul National University（首尔大学未来技术与政策核研究所）；POSTECH（浦项工科大学）
本文基于热等离子体色散张量推导非热电子回旋辐射系数和动能不稳定性驱动率，通过KIAT和SYNO代码验证，揭示了托卡马克失稳实验中非热电子回旋辐射的可能机制。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Expulsion of runaway electrons using ECRH in the TCV tokamak
该研究在TCV托卡马克中应用中轴ECRH，可在数百毫秒内将逃逸电子种子群减少三个数量级并防止破裂后逃逸电子束形成，驱逐率随功率增加，0-D模型归因于电子温度升高与输运增强。
2024-07-22 physics.plasm-ph
Correlation of the L-mode density limit with edge collisionality
本研究构建多托卡马克装置数据库，发现基于边缘无量纲碰撞性与压强的双参数边界预测L模密度极限破裂的准确率远高于Greenwald标度律，可用于现有装置及ITER的实时密度极限规避。
2025-05-21 physics.plasm-ph
Plasma rotation from momentum transport by neutrals in tokamaks
中性原子对托卡马克边缘的内禀转动和径向电场有很大的影响。在这里，我们提出了一个框架来研究这些影响时，中性占主导地位的动量输运。我们探索参数空间数值，使用高度灵活的模型几何形状和最先进的动力学求解器的状态。我们发现，控制环向旋转和电场的最重要的参数是中性粒子局域化的主半径和等离子体的碰撞性。这提供了通过例如改变X点的径向位置以改变中性峰的主半径来影响旋转和电场的手段。
2016-05-05 physics.plasm-ph
Synthetic measurements of runaway electron synchrotron emission in the SPARC tokamak
针对SPARC托卡马克中多MA级失控电子（REs）的潜在风险，本文利用SOFT合成诊断工具，对电流上升、稳态平顶及破裂三种场景下RE同步辐射的图像与光谱进行建模，评估了所需时间分辨率、空间覆盖和光谱范围。
2024-09-20 physics.plasm-ph
Trapped-Electron Runaway Effect
在托卡马克装置中，受到强电场束缚的电子不能立即逃逸，因为它们的平行速度在反弹期间不会增加。然而，它们确实挤向托卡马克中心。当它们向中心收缩时，捕获锥变得更窄，所以最终它们可以被释放并逃跑。当它们逃跑时，被捕获的电子将具有与受德雷塞机制影响的循环电子非常不同的特征。被称为捕获电子逃逸的特性进行了识别和量化，包括其可区分的垂直速度谱和径向范围。
2015-04-01 physics.plasm-ph
Electron cyclotron current drive efficiency in an axisymmetric tokamak
应用新经典输运理论计算了轴对称托卡马克装置低碰撞区的电子回旋电流驱动效率。托卡马克排序是用来获得一个系统的方程，描述的等离子体的动力学，其中包括由于高功率RF波的非线性有质动力（PM）的力量。PM力是在特定极向位置处的电子回旋共振表面周围产生的。在第一和第二谐波的情况下（对于不同的入射角的RF波）的ECCD效率进行了分析，并验证了从TCV和T-10托卡马克的实验参数值。所得结果与格林函数法所得结果一致。
2004-10-22 physics.plasm-ph
Alfvénic instabilities driven by runaways in fusion plasmas
逃逸粒子可以在具有大电场的等离子体中产生。在这里，我们解决的可能性，这种失控的离子和电子激发阿尔夫文不稳定性。由这些模式引起的磁场扰动会增强逃逸损耗。这可能对托卡马克破裂中逃逸电子束的形成有重要意义。
2014-05-14 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
Impurity transport in a mixed-collisionality stellarator plasma
磁约束聚变等离子体性能的一个潜在威胁是杂质积累问题，它导致高电荷杂质离子在等离子体中心的浓度不受控制地上升，并通过过量辐射破坏能量约束。长期以来，人们一直认为仿星器中杂质的碰撞输运总是导致这种积累（如果电场指向内部，通常情况下），而托卡马克是轴对称的，可以受益于“温度屏蔽”，即，由温度梯度驱动的杂质向外流动。在这里，它示出，使用分析技术支持的结果，从一个新的数值代码，这种筛选也可以出现在仿星器等离子体，并确实这样做，在一个最相关的操作制度，其中杂质是高度碰撞，而散装等离子体是在任何低碰撞制度。
2017-03-23 physics.plasm-ph
Numerical calculation of ion runaway distributions
等离子体中被电场加速的离子（所谓的逃逸离子）可以解释太阳耀斑和聚变实验中的观测结果，但是以前的分析工作的局限性阻止了明确的结论。在这项工作中，我们描述了一个数值求解器的二维非相对论线性化的福克-普朗克方程的离子。它解决了初始值问题，在速度空间的频谱欧拉离散计划，允许任意等离子体成分和时变的电场和背景等离子体参数。数值离子分布函数，然后考虑失控的条件，在太阳耀斑和托卡马克等离子体离子加速。典型的时间尺度和离子加速所需的电场被确定为各种等离子体成分，离子种类和温度，并考虑在托卡马克中断的环形Alfvén本征模激发的潜力。
2015-02-24 physics.plasm-ph
Self-consistent modelling and qualitative comparison of mildly relativistic runaway electron dynamics with a closed flux surface formation model during tokamak startup
Korean Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
本文提出了一种用于轻微相对论性失控电子的简化动能模型，并与KSTAR ohmic启动期间观测到的辐射特性进行定性比较，改进了失控电流的预测并考虑了早期燃烧期间初始失控种子的部分平行约束。
2026-08-04 physics.plasm-ph
Development of a thin-target hard X-ray bremsstrahlung detection system to study confined runaway electrons in Aditya-U Tokamak
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute (HBNI)（霍米·巴巴国立学院）；EPFL（洛桑联邦理工学院）；Indian Space Research Organisation（印度空间研究组织）；Saha Institute for Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）
开发了带铅准直器的CdTe探测器硬X射线监测系统，测量芯部等离子体区域的薄靶轫致辐射，通过正向建模验证，用于研究锯齿活动期间快电子动力学。
2026-07-03 physics.plasm-ph
Neoclassical Pitch-Angle Scattering of Runaway Electrons
研究发现，托卡马克场的几何形状对逃逸电子产生俯仰角散射效应。这种新经典的俯仰角散射比碰撞散射强得多，并使逃逸电子的陀螺中心模型失效。结果表明，逃逸电子的能量极限大于陀螺中心模型的预测值，并严重依赖于背景磁场。
2015-10-03 physics.plasm-ph
Fluid and kinetic studies of tokamak disruptions using Bayesian optimization
该研究利用贝叶斯优化探索 ITER 多种物质注入破裂情景，并系统比较 DREAM 中流体与动力学模型对逃逸电子产生及缓解效果的预测差异。
2024-07-05 physics.plasm-ph
A sparse-grid probabilistic scheme for approximation of the runaway probability of electrons in fusion tokamak simulation
磁破裂过程中产生的逃逸电子对等离子体核聚变反应堆的安全运行构成了重大威胁。理解RE动力学的一个关键方面是计算失控概率，即，相空间中的电子在规定时间或之前逃逸的概率。这样的概率可以通过求解控制电子动力学的基本福克-普朗克方程的伴随方程来获得。在这项工作中，我们提出了一个稀疏网格的概率计划计算失控概率。我们的方法的关键成分是表示伴随方程的解作为一个条件期望，这样离散化的微分算子减少到一组积分的近似。采用自适应稀疏网格插值方法，将相空间映射近似为失控概率。这项工作的主要创新之处是将稀疏网格方法集成到计算逃逸概率的概率数值方案中，以及计算RE概率的演示。两个数值算例表明，该方法能够实现$\mathcal{O}(Δt)$收敛，自适应加密策略能够有效处理失控区与非失控区之间的尖锐过渡层.
2020-01-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Runaway electron synchrotron radiation in a vertically translated plasma
托卡马克装置中逃逸电子的同步辐射与逃逸电子束的位置、大小、逃逸电子能量和间距分布以及观测者的位置有关。我们表明，实验同步辐射图像的垂直移动失控的电子束扫过探测器在TCV托卡马克同意与合成同步辐射诊断软件的预测。该实验验证为综合诊断的理论基础提供了信心，该综合诊断用于基准理论模型和探测失控动态。我们提出了一个比较TCV的同步辐射测量与一致磁场中失控动力学的动力学理论的预测。我们发现，要解释检测到的同步辐射，显着的非碰撞俯仰角散射以及径向运输的RE将是必要的。这种效应可能是由磁扰动的存在引起的，这应该在未来的TCV实验中进一步研究。
2020-08-18 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
Inelastic collisions facilitating runaway electron generation in weakly-ionized plasmas
本文揭示了 tokamak 启动期间非弹性碰撞的非微分性质在弱电离等离子体逃逸电子产生中的关键作用，指出使用 Fokker-Planck 碰撞算子会显著低估 Dreicer 生成率。
2024-04-24 physics.plasm-ph
Experimental conditions to suppress edge localised modes by magnetic perturbations in the ASDEX Upgrade tokamak
在ASDEX升级装置上研究了低密度高约束模（H模）等离子体中磁微扰（MP）完全抑制边缘局域模（ELM）的进入条件。在我们的实验中，完全ELM抑制的主要经验要求是：1。MP的极向光谱必须对准，以获得来自弱稳定扭结模式的最佳等离子体响应，这放大了扰动，2。等离子体边缘密度必须低于临界值$3.3 \times 10^{19}$ ~m $^{-3}$。边缘碰撞性在$ν^*_i = 0.15-0.42$（离子）和$ν^*_e = 0.15-0.25$（电子）的范围内。然而，我们的数据并没有显示边缘碰撞性是控制ELM抑制的关键参数。3.基座压力必须保持足够低，以避免小型ELM的不稳定。这一要求意味着与其他类似等离子体中未缓解的ELMy H模式相比，基座压力通常系统性降低30%。4.边缘安全系数$q_{95}$位于某个窗口内。在迄今为止探测的范围内，已经确定了$q_{95}=3.5-4.2$，一个这样的窗口，$q_{95}=3.57-3.95$。在迄今为止遇到的等离子体旋转的范围内，没有发现明显的等离子体旋转ELM抑制的阈值，这包括在整个基座区域中具有大的交叉场电子流的情况，对于这种情况，双流体MHD模型预测，电阻性等离子体对所施加的MP的响应被屏蔽。
2018-06-29 physics.plasm-ph
Bayesian optimization of massive material injection for disruption mitigation in tokamaks
本文利用贝叶斯优化框架研究ITER中氘氖联合注入的破裂缓解，发现即使最优情景也会产生多兆安逃逸电流，但边缘沉积氖可显著降低逃逸电流和热损失，并高效映射参数空间以评估最优解鲁棒性。
2023-02-24 physics.plasm-ph
