Optical modelling of shaped laser pulses in plasma
Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris(应用光学实验室,法国国家科学研究中心,巴黎综合理工学院,ENSTA巴黎国立高等先进技术学院,巴黎理工学院)
本文综述了建模超短强激光脉冲在等离子体中传播的数值方法,介绍了开源工具Axiprop的应用,展示了等离子体波导生成和相位锁定飞行焦点LPA的案例,揭示了影响能量沉积和脉冲传播的动力学效应。
2026-03-25 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
Hybrid simulation of Alfvén wave parametric decay instability in a laboratory relevant plasma
大振幅阿尔文波会受到参数衰减的影响,这在空间、天体物理和聚变等离子体中会产生重要的影响。虽然阿尔文波参数衰变不稳定性在几十年前就被预测,但观测证据有限,激发了人们对实验室演示不稳定性和相关数值模拟的极大兴趣。在这里,我们报告新的混合模拟实验室相关的等离子体(基于大型等离子体设备)的阿尔文波参数衰减不稳定性,使用现实的波注入和波等离子体参数。仅考虑无碰撞阻尼,我们确定的阈值阿尔文波的振幅和频率所需的触发有界等离子体的不稳定性。这些阈值行为被简单的理论考虑所证实。对本模型中未考虑的其他效应如有限横尺度效应和离子-中性粒子碰撞效应也作了简要讨论。这些混合模拟展示了研究实验室Alfvén波动力学的有前途的工具,可以为未来参数衰变不稳定性的实验室演示提供指导。
2022-05-21 astro-ph.IM physics.plasm-ph physics.space-ph
Modelling collisions in a relativistic plasma
推广Lenard和Bernstein的工作,我们引入一个新的,完全相对论性的模型来描述碰撞等离子体。像福克-普朗克算子一样,这个方程代表速度扩散并保持粒子数。然而,与福克-普朗克算子不同,它在分布函数中是线性的,因此更适合流体处理。通过取矩,我们导出了一个新的流体模型,并证明了碰撞对朗缪尔波的阻尼效应。
2009-10-22 physics.plasm-ph
Parametric decay of plasma waves near the upper-hybrid resonance
垂直于直流磁场传播的强X波相对于参量衰减为电子伯恩斯坦波和低混杂波是不稳定的。提出了一个修改后的理论,这种效果延伸到高强度制度,不稳定率$γ$不再是入射波振幅的线性函数。推导了$γ$的显式公式,并以冷等离子体参数表示。理论预测是在合理的协议与粒子在细胞模拟的结果在一个单独的出版物。
2017-01-06 physics.plasm-ph
Parametric excitation and chaos through dust-charge fluctuation in a dusty plasma
本文考虑了一个含参量强迫的vanderPol-Mathieu(vdPM)方程,它产生于一个含尘埃电荷涨落的尘埃等离子体简化模型中。我们做了详细的数值研究,并表明该系统可以通过倍周期级联或通过一个亚临界分叉驱动到混沌在很宽的参数空间。我们还讨论了尘埃电荷波动动力学的频率夹带或频率锁定相位,并表明该系统具有2:1的参数共振远离混沌政权。
2007-08-05 nlin.CD physics.plasm-ph
Fourier Neural Operator for Plasma Modelling
预测托卡马克中等离子体的演化对于建造可持续的聚变反应堆至关重要。无论是在模拟空间还是在实验领域,快速准确地预测等离子体场变量的时空演化的能力可以改善当前托卡马克装置和未来聚变反应堆的主动控制方法。在这项工作中,我们证明了使用傅立叶神经算子(FNO)模拟等离子体演化的模拟和实验的效用。我们的工作表明,FNO是能够预测磁流体动力学模型的等离子体动力学,6个数量级的速度比传统的数值求解器,同时保持相当大的精度(NMSE $\sim 10^{-5})$。我们的工作还将FNO的性能与其他标准代理模型(如Conv-LSTM和U-Net)进行了比较,并证明FNO的训练时间明显缩短,需要的参数更少,并且优于其他模型。我们扩展的FNO的方法来模拟等离子体演化的相机定位在MAST球形托卡马克。我们说明了它的能力,在预测等离子体内的细丝的形成以及热沉积。部署用于模拟相机的FNO能够在拍摄持续时间的一半时间内预测等离子体拍摄的全长。
2023-02-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
White-light parametric instabilities in plasmas
由等离子体中的部分相干辐射驱动的参数不稳定性由广义统计Wigner-Moyal方程组描述,形式上等价于全波方程,耦合到等离子体流体方程。本文导出了部分相干泵浦场驱动的受激喇曼散射的广义色散关系,揭示了色散增长率与辐射场的相干宽度$σ$的关系,后向散射(三波过程)用$1/σ$标度,直接前向散射(四波过程)用$1/σ^{1/2}$标度。我们的结果表明,通过适当地使用宽带泵浦辐射场来控制这些不稳定性的增长率的可能性。
2007-04-21 physics.plasm-ph
Modelling of turbulent impurity transport in fusion edge plasmas using measured and calculated ionization cross sections
本文用三维电磁陀螺流体计算方法模拟了托卡马克聚变等离子体边缘和刮除层中痕量杂质的湍流输运,包括等离子体轮廓梯度的演化。杂质离子的源函数是从预先确定的测量和计算的电子碰撞电离截面数据动态计算的。模拟描述了产生和进一步被动湍流E-交叉-B平流的杂质的间歇性波动和相干的对流结构(斑点)的刮除层。
2014-08-21 physics.plasm-ph
Anomalous convective transport of the tokamak edge plasma, caused by the inhomogeneous ion cyclotron parametric turbulence
本文研究了极向剪切下基座等离子体中空间非均匀静电离子回旋参数微湍流驱动的对流中尺度流动的动力学和流体力学理论。发展的动力学理论预测剪切极向对流的产生,和径向压缩流与径向流速梯度。发达的流体动力学理论的对流揭示了径向压缩对流的密度梯度随时间呈指数增长的陡峭的基座密度分布的形成中的主导因素。这种梯度密度的增长受到基座等离子体向刮除层的径向振荡离子流出的限制。
2022-06-07 physics.plasm-ph
Parametric excitation of plasma waves by gravitational radiation
本文研究了闵可夫斯基背景下薄等离子体中引力辐射对朗缪尔波和电磁波的参量激发。从动力学描述出发,计算了耦合系数,得到了不稳定性的增长率,曼利-罗关系仅在冷等离子体的极限下满足。因此,通常很难从量子力学的角度来看待这个过程,即引力子衰变为光子和等离子体。最后,我们讨论我们的调查现实的物理情况的相关性。
1998-10-08 astro-ph gr-qc physics.plasm-ph
Parametric amplification of electromagnetic plasma waves in resonance with a dispersive background gravitational wave
本文提出在色散介质中亚光速电磁等离子体波可与背景亚光速引力波共振并发生参量放大,其动力学遵循Whitaker-Hill方程,等离子体波通过消耗引力波能量实现指数增长。
2022-11-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The Parametric Decay Instability of Alfven waves in Turbulent Plasmas and the Applications in the Solar Wind
利用三维理想磁流体动力学(MHD)模拟研究了湍流等离子体中Alfven波的参数衰减不稳定性,并探讨了其在太阳风中的应用.我们发现,在一个广泛的参数范围内的背景湍流振幅,具有不同振幅的阿尔芬波的参数衰减不稳定性仍然可以发生,虽然它的增长率往往低于理论线性理论预测和在非湍流的情况下。参量衰变不稳定性产生的密度涨落的时空FFT分析与慢磁流体波的色散关系吻合得很好。这一结果可以解释在1天文单位观测到的太阳风中慢波的产生机制。它进一步突出了需要探讨密度变化在修改湍流特性以及在加热太阳风等离子体方面的影响。
2017-05-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Parametric instabilities of the inhomogeneous near SOL tokamak plasma, driven by the coupled effect of the high harmonic fast wave and of the ion and electron temperatures gradients, and anomalous heating of the near SOL ions
Plasma Research Center, Pusan National University(釜山国立大学等离子体研究中心);Department of Electrical Engineering, Pusan National University(釜山国立大学电气工程系)
数值研究高谐波快波与温度梯度耦合驱动的近刮削层静电参量不稳定性,发现参量衰变产生高谐波离子回旋波和准模,导致各向异性离子加热。
2026-06-15 physics.plasm-ph
Stochastic modelling of intermittent scrape-off layer plasma fluctuations
在磁化等离子体的刮削层的波动的单点测量通常被发现是由大振幅的突发,这是与径向运动的斑点状结构为主。这些波动的随机模型,与等离子体密度给出了一个随机序列的突发与一个固定的波形。在非常一般的条件下,该模型预测等离子体波动的偏度和峰度矩之间的抛物线关系。在指数分布的突发幅度和等待时间的情况下,波动幅度的概率密度函数被示出为伽马分布,由平均突发幅度给出的尺度参数和由突发持续时间和等待时间的比率给出的形状参数。
2012-05-25 physics.plasm-ph
Investigation of a parametric instability between ELF and VLF modes driven by antennas immersed in a cold, magnetized plasma
我们已经研究了一个VLF,ELF和组合ELF/VLF天线沉浸在冷,磁化等离子体使用一个完全动力学,三维粒子在细胞模拟代码称为大尺度等离子体(LSP)的行为。所有的天线被建模为磁偶极子($ρ_{ant}=0$),并被分配一个有限大小的电流回路内的时变电流密度。VLF天线以大于较低混合频率($ω_{LH}$)的频率($ω_{VLF}$)以10安培驱动,而ELF天线以小于$ω_{LH}$的频率($ω_{ELF}$)以3安培驱动。组合的ELF/VLF天线(我们称之为参量天线)包括在同一模拟域中同时驱动的两个天线。我们发现,参量天线非线性激发电磁(EM)哨声波在更大程度上比单独的甚低频天线。我们还表明,EM哨声波的参数激发导致更大的发射EM功率(以瓦特计)相比,单独的VLF天线。
2017-09-14 physics.plasm-ph
Suppression of parametric instabilities in inhomogeneous plasma with multi-frequency light
本文从理论和数值计算两方面研究了多频激光入射下大尺度非均匀等离子体中参量不稳定性的发展。首先,对具有一定频差$δω_0$的两束激光之间的耦合参量不稳定性进行了理论分析。这表明当$δω_0$大于一定阈值时,两个小光束将发生退耦,该阈值分别由受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)和双等离子体衰减(TPD)导出。在这种情况下,两个子光束的参数不稳定性独立地发展,并且可以控制在低水平,只要单个子光束的激光强度足够低。其次,对具有两个或多个细光束($N\sim20$)的参数不稳定性进行了数值模拟,验证了上述理论模型的正确性。模拟证实,多个小光束的参数不稳定性的发展可以控制在一个较低的水平,提供$δω_0$的阈值条件是满意的,即使总的激光强度高达$\sim10^{15}$ W/cm $^2$。利用这种多频率分量($N\gtrsim20$)和几个百分比的总带宽($\gtrsim4\%$)的激光束结构,可以很好地控制参数不稳定性。
2019-06-10 physics.plasm-ph
Parametric Instabilities in Shallow Water Magnetohydrodynamics Of Astrophysical Plasma in External Magnetic Field
这封信讨论了天体物理等离子体薄层的旋转磁流体动力学(MHD)。本文用浅水近似来描述垂直外磁场中具有自由表面的薄等离子体层。垂直磁场的存在从根本上改变了天体物理等离子体中的波过程动力学相比,中性流体和等离子体层中的一个thoroidal磁场。在这种情况下,存在三波非线性相互作用。利用渐近多尺度方法推导了非线性波包相互作用方程:三个磁庞加莱波相互作用、三个磁旋波相互作用、两个磁庞加莱波和一个磁旋波相互作用以及两个磁旋波和一个磁庞加莱波相互作用。衰变不稳定性和参数放大的存在进行了预测。我们发现了以下四种衰变不稳定性:磁庞加莱波衰变为两个磁庞加莱波,磁旋波衰变为两个磁旋波,磁庞加莱波衰变为一个磁庞加莱波和一个磁旋波,磁旋波衰变为一个磁旋波和一个磁庞加莱波。还发现了磁庞加莱波的参量放大、磁旋波的参量放大、磁旋波存在时的磁庞加莱波放大和磁旋波存在时的磁旋波放大等参量放大机制。分别求出了不稳定性增长率和参数放大因子。
2015-12-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kinetics of ions during the development of parametric instability of intensive Langmuir waves in plasma
本文研究了长波等离子体波的一维参数不稳定性的非线性区,当平均等离子体场能量密度小于(Zakharov模型)或大于(Silin模型)等离子体热能密度时,给出了长波等离子体波的一维参数不稳定性。本文提出的混合模型将电子作为一种流体的高频波方程的方式和治疗的离子动力学与超粒子模拟。这使得考虑高频振荡捕获的非共振粒子和轨迹交叉对参数不稳定性发展的影响成为可能。研究了离子能量分布的演化。结果表明,饱和后的不稳定性,离子动能能量密度归一化到初始场能量密度的顺序的线性增长率的等离子体频率的比率,当初始场能量远远超过等离子体热能的情况下。在热等离子体中,离子获得了初始场能量的一部分,约等于初始朗缪尔场能量与等离子体热能之比的一半。此时,离子动能分布接近麦克斯韦分布,可以合理地讨论离子温度。在这两种情况下,密度腔周围的离子轨迹的交叉是不稳定性淬灭的原因。
2015-01-31 physics.plasm-ph
Kinetic modelling and molecular dynamics simulation of ultracold neutral plasmas including ionic correlations
详细描述了超冷中性等离子体演化的动力学方法,包括电子关联和速率方程对电离/激发和复合/去激发的处理。为了评估动力学模型中固有的近似的可靠性,我们开发了一种混合分子动力学方法。结果的比较表明,动力学模型描述的超冷等离子体的原子和离子的观测值令人惊讶的好,证实了我们早期的发现有关的作用,离子-离子的相关性[物理修订A { \bf 68},010703]。此外,分子动力学方法允许人们研究离子等离子体组分向热力学平衡的弛豫。
2004-05-24 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Parametric investigation of laser interaction with uniform and nanostructured near-critical plasmas
采用二维粒子模拟方法研究了激光与均匀纳米结构近临界等离子体的相互作用。纳米结构(建模为固体密度纳米球的集合)对能量吸收和辐射损失的影响已经在宽范围的激光强度和目标的平均密度进行了评估。发现纳米结构主要影响激光能量到离子动能的转换效率和最高模拟强度的辐射损失。
2017-11-20 physics.plasm-ph
Pair-beam propagation in a magnetised plasma for modelling the polarized radiation emission from gamma-ray bursts in laboratory astrophysics experiments
本文研究了相对论性电子-正电子束在磁化电子-离子等离子体中的传输,着重研究了这种情况下产生的辐射的偏振。特别强调的是放在调查的极化所产生的辐射的范围内的束等离子体参数,横向和纵向的光束尺寸,和外部磁场。我们的研究结果不仅有助于理解在伽马射线暴中观察到的高度圆偏振,而且还有助于区分实验室天体物理实验中与成对光束的平行动力学相关的不同模式。
2020-06-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The parametric instability in the inductively coupled plasma driven by the ponderomotive current
本文对射频波中电子的速度等于或大于电子热速度的情况,建立了感应放电表层等离子体的稳定性理论。该理论基于振荡模式的方法,该方法解释了在皮肤层的空间非均匀RF场中电子分量相对于不可移动离子的振荡运动。该理论预言了增长率与频率相当的表皮层中存在参数型不稳定性。这种不稳定性是由射频场中电子-离子相对运动引起的两种效应的耦合作用引起的:扰动势的谐波的出现和有质动电流引起的谐波耦合。这种不稳定性存在于有质动力流速度的有限区间内,而在均匀无界等离子体中则不存在。
2020-03-12 physics.plasm-ph
Parametric Decay Instability and Dissipation of Low-frequency Alfvén Waves in Low-beta Turbulent Plasmas
利用三维混合模拟方法研究了湍流低β等离子体背景中圆偏振Aflvén波的参量衰减不稳定性(PDI)的演化。结果表明,湍流降低了PDI的增长率相比,线性理论预测,但PDI仍然可以存在。有趣的是,与线性弗拉索夫预测相比,离子声模式的阻尼率(作为PDI的产物)也减小。然而,由于离子声波的共振朗道阻尼,观察到在平行于背景磁场的方向上的离子的显著加热。在低β湍流等离子体中,与传统的湍流耗散模型不同,PDI能在远大于离子动力学尺度的尺度上为低频Alfvén波的能量耗散提供重要的通道.
2018-01-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
MCPlas, a MATLAB toolbox for reproducible plasma modelling with COMSOL
Leibniz Institute for Plasma Science and Technology(莱布尼兹等离子体科学与技术研究所);Eindhoven University of Technology(埃因霍温理工大学);Plasma Matters B.V.
MCPlas是一个基于MATLAB的工具箱,用于在COMSOL中实现非热等离子体建模的方程基流体-泊松模型,通过JSON格式输入数据并验证,展示了电子输运和边界条件的重要性。
2026-04-17 physics.plasm-ph
Equations and improved coefficients for paralleltransport in multicomponent collisional plasmas: method and application for tokamak modelling
本文给出了多组分碰撞等离子体中平行输运系数的新的解析表达式。它们是[V.M.日丹诺夫多组分等离子体中的传输过程,第44卷。10 2002.],基于Grad的21N矩方法。输运系数的计算被认为是显式和近似的方法。精确应用此封闭的Braginskii输运方程进行了讨论。考虑了粘度对热通量的依赖性。改进的表达式实施到SOLPS-ITER代码和氘和氖ITER的情况下进行测试。在[V.M.]中发现一些错别字。日丹诺夫多组分等离子体中的传输过程,第44卷。10 2002.]已更正。
2021-06-28 physics.plasm-ph
On Density Limit of Lower Hybrid Current Drive caused by Parametric Decay Instability in Tokamak Plasmas
本研究通过耦合低杂波诱发的参量衰变不稳定性饱和过程与波传播,推导了托卡马克中低杂波电流驱动的密度极限公式,证实其与实验和模拟一致,且ITER基线剖面远未达该极限,为LHCD在未来装置中的应用提供支持。
2024-11-28 physics.plasm-ph
Parametric decay instability of circularly polarized Alfvén wave in magnetically dominated plasma
本文通过相对论MHD分析推导磁主导等离子体中圆偏振阿尔文波PDI的色散关系与增长率,证明高σ下不稳定性仍持续,并可用于脉冲星、磁星和FRB等场景。
2024-06-18 astro-ph.HE physics.optics physics.plasm-ph
Inverse Problem Instabilities in Large-Scale Plasma Modelling
我们对物理系统的理解通常取决于我们将复杂的计算模型与测量的实验结果相匹配的能力。然而,具有大参数空间的模拟遭受逆问题不稳定性,其中类似的模拟输出可以映射回非常不同的输入参数集。虽然具有根本重要性,但由于全面探索参数空间需要大量的模拟,因此这种不稳定性很少得到解决。在这里,我们展示了贝叶斯机器学习如何用于解决逆问题不稳定性,并将其应用于等离子体物理中两个流行的实验诊断。我们发现,从测量中提取信息的基础上,简单地与模拟协议是不可靠的,并导致显着低估的不确定性。我们描述了如何统计量化不稳定的逆模型的影响,并描述了一种方法来减轻其影响的实验设计。
2018-07-03 physics.plasm-ph
New Formalism for Modelling Flowing Plasmas in a Magnetic Field
Indian Institute of Technology Delhi(印度德里理工学院);Asia Pacific Center for Theoretical Physics(亚太理论物理中心)
本文针对小体积等离子体系统(SVPS)实验,开发了磁化等离子体流动模型,通过磁场坐标系拆分方程并结合实验数据验证,为研究圆柱对称磁场中磁化等离子体动力学提供了框架。
2026-09-30 physics.plasm-ph
A Parametric Study of Extended-MHD Drift Tearing
线性漂移撕裂模式分析了不同制度的等离子体$β$,离子趋肤深度参数空间与未约化,扩展MHD模型。在中等等离子体$β$和以前的漂移撕裂的结果被归类为适用于小等离子体$β$新的色散关系。在该制度中的模式的漂移稳定性从不存在/弱变化到完成。由于抗磁漂移频率与等离子体$β$成正比,因此在小等离子体- $β$体系中使用未简化的扩展MHD模型进行验证是不切实际的。在中等等离子体- $β$区域中的新色散关系被用来验证NIMROD程序[C. R. Sovinec等人,J. Comput. 195,355(2004)]。在边界层趋肤深度较小的情况下,讨论了一阶有限Larmour半径模型的有效性。
2014-07-15 physics.plasm-ph
Parametric investigation of nonlinear fluctuations in a dc glow discharge plasma
辉光放电等离子体在不同的初始条件下,如放电电压和填充压力,表现出各种类型的自激振荡。与阳极辉光的这种振荡的行为已经使用非线性技术,如关联维数,最大李雅普诺夫指数等进行了研究。可以看出,这些振荡从一个混乱的状态,输入能量的增加,即放电电压意味着发生逆分叉的有序状态。这些结果与其他观测结果不同,在其他观测结果中,已经观察到波动从有序状态到混沌状态。
2007-09-08 nlin.CD physics.data-an physics.plasm-ph
Parametric instabilities in magnetized multicomponent plasmas
本文研究了磁化双离子或尘埃等离子体中各种自然模的激发。通过参数地泵浦磁场来提供激励。这里允许两种离子类物质完全移动。这推广了我们以前的工作,其中第二重粒子被认为是静止的。它们从背景中性等离子体中收集电荷,改变了泵浦和激发波的色散特性。引入一个额外的移动物种会给这两种类型的波增加额外的模式。我们首先详细研究了背景磁场垂直于泵浦波传播方向的情况下的泵浦波。然后,我们推导出色散方程的泵的激发波平行于背景磁场传播的模式。计算结果表明,共存在12种共振相互作用,并对它们的不同增长率进行了讨论。
2006-01-25 physics.plasm-ph
Modelling of three dimensional equilibrium and stability of MAST plasmas with magnetic perturbations using VMEC and COBRA
已知的是,磁扰动可以减轻实验中的边缘局域模(ELM),例如MAST(Kirk等人2013 Nucl. Fusion 53 043007)。一种假设是,磁扰动引起的三维波纹的等离子体和这种波纹的等离子体具有不同的稳定性相比,剥离气球模式的轴对称等离子体。在上下对称的等离子体中已经表明,托卡马克中的磁扰动将打破等离子体的通常轴对称性,引起三维位移(Chapman等人,2012 Plasma Phys. Control. Fusion 54 105013)。我们使用VMEC(S P Hirshman和J C Whitson 1983 Phys. Fluids 26 3553)产生了一个较低的单零MAST相关等离子体的自由边界三维平衡。用于建模的电流和压力分布类似于从ELMs实验数据的轴对称分析中推导出的那些。我们专注于使用RMP线圈施加$n=3$和$n=6$磁扰动的效果。当施加全电流时,观察到超过$\pm 1$ cm的中平面位移。利用COBRA(R Sanchez et al 2000 J. Comput. 161 576-588)。
2013-12-11 physics.plasm-ph
Modeling stopping power of ions in plasmas using parametric potentials
CEA, DAM, DIF(法国替代能源和原子能委员会,达姆研究所,核聚变与惯性约束部门)
本文提出一种适用于任意电离度的离子阻止本领计算方法,结合自由电子与束缚电子贡献,并比较三种参数化势在Garbet形式下的表现,成功衔接中性与完全电离极限。
2025-09-22 physics.plasm-ph
A spectral element method for modelling streamer discharges in low-temperature atmospheric-pressure plasmas
流光是发生在大气压和亚大气压下的气体中的电离前沿。流光的数值研究是重要的实际应用,但具有挑战性,由于这种放电类型的多尺度性质。本文介绍一种模拟流注放电的谱元方法。该方法是笛卡尔网格,但可以扩展到非结构网格上使用。流光模型是基于泊松方程的电势和电子连续性方程。泊松方程离散通过谱方法的基础上的积分表示的解决方案。分层Poincare-Steklov(HPS)计划被用来解决所产生的方程组。采用间断Galerkin谱元法(DGSEM)求解电子连续性方程。的DGSEM扩展的扩散通量的另一种定义。如果需要的话,使用子单元有限体积法来稳定DGSEM方案。整个模拟方案是通过解决一些测试问题和再现以前的研究结果进行验证。自适应网格细化用于减少未知数的数量。所提出的方法被发现是足够快的,用于在实际应用中。该方法的灵活性提供了一个有趣的机会,扩大范围的问题,可以解决在低温等离子体放电的数值研究。
2021-11-11 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Chaotic Excitations of Rogue Waves in Stable Parametric Region for Highly-Energetic Pair Plasmas
本文根据修正的KdV方程和扩展的KdV方程,研究了高能kappa分布电子情况下离子声模式中Rogue波的存在和传播。我们使用了约化摄动方法。我们首先研究了离子声模式中的线性色散行为。得到非线性薛定谔方程,我们模拟了Rogue波,并研究了它的动力学,以及它对小扰动的响应。我们讨论了产生流氓波的可能性,以及这种对各种参数,如波数,空间和时间分量的稳定性。这一研究对于理解高能量情况下空间等离子体中IA波的非线性和Rogue波产生的某些突出点以及实验室等离子体中IA波的非线性是很有帮助的。
2022-04-10 physics.plasm-ph
Deep modelling of plasma and neutral fluctuations from gas puff turbulence imaging
湍流在设定边界等离子体条件中的作用目前是聚变能反应堆设计中的一个关键不确定因素。为了稳健地诊断边缘湍流,我们开发并演示了一种技术,通过一种新的集成深度学习框架将HeI线辐射的亮度测量转化为局部等离子体波动,该框架结合了中性输运物理和碰撞辐射理论,用于氦原子中的$3^3 D - 2^3 P$跃迁。实验有效性的原则进行审查,说明这种电离气体的湍流分析是可转移到磁化和非磁化的环境与任意几何形状。基于Alcator C-Mod托卡马克上的快速相机数据,我们提出了第一个二维的湍流电子密度,电子温度和中性密度的实验测量,揭示了在聚变等离子体中使用一个单一的谱线的阴影效应。
2022-05-19 physics.plasm-ph
Particle-in-cell modelling of relativistic laser-plasma interaction with the adjustable damping, direct implicit method
隐式粒子-细胞代码提供的优势,他们明确的同行,因为他们遭受较弱的稳定性约束的需要,以解决系统的较高频率模式。这个功能可能被证明是特别有价值的建模高强度激光脉冲与超临界等离子体的相互作用,在这种情况下,在密集的区域中的静电模式是可以忽略不计的影响下研究的物理过程。为此,我们在直接隐式方法的相对论扩展基础上,开发了新的二维电磁场程序ELIXIRS(Electromagnetic Implicit X-dimensional Iterative Relativistic Solver)[D. Hewett和A. B. Langdon,J. Comp. Phys. \textbf{72},121(1987)]。利用可调阻尼电磁解算器实现了光波在真空中的无耗散传播。在德拜长度未解的高密度情况下,通过使用高阶权重因子来确保令人满意的能量守恒。在本文中,我们首先提出了一个原始的推导电磁直接隐式方法的牛顿迭代格式。它的线性特性,然后通过数值求解光和等离子体波,占有限的空间和时间步长获得的关系色散研究。最后,我们的代码是成功的基准对明确的粒子在细胞模拟两种物理问题:等离子体膨胀到真空和相对论激光等离子体相互作用。在这两种情况下,我们将展示的鲁棒性的隐式求解器原油离散化,以及在效率上的增益,可以实现标准的显式模拟。
2009-06-16 physics.comp-ph physics.plasm-ph
PanoMHD: Multimodal Modelling of Plasma Dynamics towards Tokamak Control
Seoul National University(首尔大学);Zhongguancun Academy(中关村学院);Microsoft Research Asia(微软亚洲研究院)
PanoMHD通过多模态建模提升等离子体稳定性预测,实现对托卡马克控制的先进性能。
2026-03-03 physics.plasm-ph
Collisional radiative modelling with improved cross sections to investigate plasma molecular interactions in divertor plasmas
本文通过构建碰撞辐射模型并采用改进的反应速率数据,研究MAST-U Super-X偏滤器中的等离子体-分子相互作用,发现其能更好匹配实验并揭示分子活化复合与解离的重要性。
2023-11-28 physics.plasm-ph
Enhancing terahertz generation from a two-color plasma using optical parametric amplifier waste light
我们的实验表明,太赫兹(THz)发射的等离子体,在空气中产生的双色激光脉冲(包含近红外频率及其二次谐波),可以通过增加一个800 nm的脉冲增强。我们观察到太赫兹电场的增强高达30倍。这为使用光学参量放大器(OPA)的研究人员提供了一种广泛使用的手段,通过简单地将OPA的剩余泵浦光束添加到等离子体产生光束来增加其THz产额。我们研究了双色光束和800 nm增强光束的功率对太赫兹电场增强因子的影响。利用光电流模型进行的数值计算与实验结果吻合得很好。
2018-07-27 physics.optics physics.plasm-ph
Observation of an Alfvén Wave Parametric Instability in a Laboratory Plasma
在实验室中首次观测到剪切阿尔文波参数不稳定性。当单个有限$ω/Ω_i$动力学阿尔文波(KAW)在大型等离子体装置中发射超过阈值振幅时,会产生三个子模式。这些子模式的频率和平行波数是一致的共同传播KAW边带和低频非共振模式。观察到的过程本质上是参数化的,子模的频率作为泵波振幅的函数而变化。子模式在空间上定位在垂直于背景场的平面中的泵波磁场振幅的梯度上,这表明垂直的非线性力(以及因此泵波的$k_{\perp}$)在不稳定过程中起重要作用。尽管如此,使用$k_{\perp}=0$的调制不稳定性理论与观察到的非共振模式和阿尔文波边带有几个共同的特征。
2016-06-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parametric decay of Alfvénic wave packets in nonperiodic low-beta plasmas
利用一维混合模拟方法研究了非周期低β等离子体中有限尺寸Alfvén波的参量衰减。与通常的小周期系统相比,在吸收边界条件下,大系统中的波包表现出不同的衰减动力学,包括能量传递减少、密度空穴和离子加热等。由此产生的阿尔文波动力学受到几个不稳定因素的影响,包括增长率,中心波频率和不稳定带宽。当不稳定性没有足够的时间在残余包内发展时,可以实现波包的最终稳定状态,并且包大小显示出对生长速率、波振幅和等离子体β的明确定义的缩放依赖性。在适当的条件下,增强的次级衰变也可以以窄的放大波包的形式被激发。这些结果可能有助于解释实验室和航天器对阿尔芬波的观测,并改善我们对相关能量传输和离子加热的理解。
2021-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Modelling the Lagrangian of magnetized plasmas with low-frequency magnetic perturbations by a gyrokinetic Ampere-Poisson model
按照Ref. (1)本文引入了粒子坐标系上的基本拉格朗日1-形式,它决定了低频磁扰动下磁化等离子体中所有离子和电子的动力学行为。一个安培-弗拉索夫模型被用来模拟这种基本的拉格朗日1-形式的基础上的一种粗粒度的计划。利用Cary-Littlejohn单参数Lie变换方法,通过对质点坐标系下的基本拉格朗日1-形式进行变换,得到了陀螺心坐标系下新的基本拉格朗日1-形式。这个新的1-形式决定了所有离子和电子在陀螺中心坐标上的动力学。提出了一种完全定义在陀螺中心坐标系上的新的Ampere-Vlasov模型来模拟新的拉格朗日1-形式。通过将静电微扰引入拉格朗日1-形式,我们最终得到了一个定义在陀螺中心坐标上的Ampere-Poisson-Vlasov模型。
2017-04-30 physics.plasm-ph
Sandpile modelling of pellet pacing in fusion plasmas
沙堆模型已被用来提供简单的现象学模型,而不包括一个功能齐全的模型的详细功能。Chapman等人Physical Review Letters 86,2814(2001)的Chapman沙堆模型已被用作等离子体边缘行为的模拟,质量损失事件被用作ELM的模拟。在这项工作中,我们通过提供增加和间歇驱动来修改查普曼沙堆模型。我们表明,沙堆的行为,在非常高的驱动连续加油时,可以通过一个简单的算法分析确定。我们观察到,最大雪崩的规模更好地减少增加不断驱动比间歇性引入的“小球”的沙子。使用沙堆模型作为ELMing行为的简化模型,我们推测,ELM控制在聚变等离子体中同样可以证明更有效地增加总燃料比颗粒添加。
2019-12-21 physics.plasm-ph
Investigation of Shock Wave Dynamics in Complex Plasma via Computational Modelling
采用三维分子动力学模拟,结合垂直约束、固定边界和Epstein阻力,首次再现了二维尘埃等离子体激波诱导的面外屈曲现象,弥合了实验与模拟的长期差距。
2026-06-16 physics.plasm-ph
Modelling Chromatic Emittance Growth in Staged Plasma Wakefield Acceleration to 1 TeV using Nonlinear Transfer Matrices
为TeV等离子体尾场加速器的分级,开发了一个将传输矩阵与粒子模拟相结合的框架。使用归一化能量扩展$\sqrt{\langleδγ^2\rangle}$中最高达九阶的非线性传递矩阵,并导出根据非线性矩阵的色发射度增长的紧凑表达式,利用三维粒子网格框架OSIRIS 4.0模拟的等离子体尾流场加速级,在85个米级等离子体级中模拟了电子束从10 GeV到1 TeV的加速。具有长密度斜坡的长度,并通过简单的聚焦透镜连接。在这个计算中,我们发现,对于初始的相对能量散布低于$10^{-3}$,能量散布增长低于$10^{-5}$的每级能量增益和归一化发射度低于毫米mrad,色发射度增长可以是最小的。这里开发的技术可能是有用的等离子体对撞机的设计,并可能扩展到包括非线性尾流结构,并包括其他自由度,如轻子自旋。
2021-09-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Theoretical description of heavy impurity transport and its application to the modelling of tungsten in JET and ASDEX Upgrade
核心重杂质输运的理论为基础的模拟的最新发展,并示出是必要的定量描述目前的实验在JET和ASDEX升级。重杂质的处理因其大的质量和电荷而变得复杂,这导致对等离子体旋转或等离子体中的任何小的背景静电场(诸如由各向异性外部加热产生的静电场)的强烈响应。这些力量导致强烈的极向不对称的杂质密度,最近被添加到数值工具描述新古典和湍流运输。稳态的二维钨杂质分布的建模预测进行了比较,从软X射线诊断解释的实验密度。建模确定新古典运输增强极向不对称的主要机制负责钨积累在中央核心的等离子体。根据散装等离子体的配置文件,新古典温度屏蔽可以防止积累,并可以通过外部加热的物种,在ICRH等离子体中证明了这一点。
2014-07-04 physics.plasm-ph
Application of Gaussian process regression to plasma turbulent transport model validation via integrated modelling
本文概述了一种方法,提高严格的托卡马克湍流输运模型验证集成建模。高斯过程回归(GPR)技术被应用于配置文件拟合在准备的综合建模模拟,允许严格的灵敏度测试规定的初始和边界条件,因为这两个适合和衍生的不确定性。这一点通过使用QuaLiKiz准线性湍流输运模型对JET ITER类壁H模式基线放电#92436进行JETTO集成建模模拟得到了证明,该模型是向氘-氚等离子体外推的主题。模拟同时评估的时间演化的热量,粒子和动量通量的$\sim10$约束时间,在$ρ_{tor} = 0.85$的模拟边界条件。常规包含的动量输运预测多通道通量驱动的运输模式是不标准的,并促进了最近的事态发展,在这里的EST-LiKiz模型。在$2σ$中,$n_e$、$T_e$、$T_i$和$Ω_{tor}$的拟合和模拟剖面之间达到了很好的一致性,但是对于该放电,模拟低估了中半径$T_i$,高估了核心$n_e$和$T_e$剖面。尽管如此,它表明,这种方法是能够推导出合理的输入,包括衍生量,托卡马克模型从实验数据。此外,定义了多个品质因数,以定量评估GPR剖面拟合框架内的综合建模预测与实验数据的一致性。
2021-05-03 physics.plasm-ph
Three-dimensional particle-in-cell modeling of parametric instabilities near the quarter-critical density in plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了激光与等离子体相互作用的非线性机制,包括双等离子体衰变(TPD)和受激喇曼散射(SRS)不稳定性,数值模拟参数与惯性约束聚变(ICF)实验参数有关。在等离子体中,SRS和TPD在同一区域发展,只有包含SRS和TPD的完整模型才能准确描述快电子的产生。在线性阶段的不稳定性的增长被认为是在良好的协议与分析理论。在饱和阶段,受激喇曼散射子波驱动的低频密度扰动增强,使TPD饱和,从而抑制了快电子的产生。在3-D建模的快电子通量是一个数量级小于以前报道的2-D TPD模拟,使其接近ICF实验的结果。
2019-04-15 physics.plasm-ph
Modelling of a miniature microwave driven nitrogen plasma jet and comparison to measurements
MMWICP(Miniature MicroWave ICP)是一种利用感应原理的新型等离子体源。最近Klute等人提出了一种新设备的电磁场和功率平衡的数学模型。在这项工作中,电磁模型耦合氮的全球化学模型,基于Thorsteinsson和Gudmundsson的化学反应集和定制的几何形状的MMWICP。该组合模型提供了一个非热等离子体在$p=1000\,\mathrm{Pa}$的压力和气体温度的$T_\mathrm{g}=650\mbox{-}1600\,\mathrm{K}$的定量描述。与已发表的实验数据的比较表明,在高功率的体积平均等离子体参数,放电的空间分布和微波测量的一个很好的协议。进一步分析了吸收功率中容感性\linebreak耦合的平衡。这导致在电子密度为$n_\mathrm{e} \approx 6.4 \!\times\!10^{18} \, \mathrm{m}^{-3}$的放电制度的解释为$E/H$ -混合模式与电容和电感组件。
2021-05-15 physics.plasm-ph
Physics-informed machine learning techniques for edge plasma turbulence modelling in computational theory and experiment
Western University(西安大略大学);MIT Plasma Science and Fusion Center(麻省理工学院等离子体科学与聚变中心)
边缘等离子体湍流对磁约束聚变装置的性能至关重要。为了更好地理解理论和实验中的边缘湍流,开发了一个受偏微分方程约束的定制物理学深度学习框架,以准确地从电子压力的部分观测中学习与双流体理论一致的湍流场。这种计算是不可能的,否则使用传统的平衡模型。有了这种技术,第一个直接的定量比较静电双流体理论和电磁gyrokinetic模型之间的湍流场表现出良好的整体协议,发现在磁化螺旋等离子体在低归一化压力。为了将这些计算技术转化为实验聚变等离子体,通过一个新创建的深度学习框架展示了一种将HeI线辐射的亮度测量转化为局部等离子体波动的新方法,该框架集成了中性输运物理和碰撞辐射理论,用于氦原子中的$3^3 D - 2^3 P$跃迁。本论文利用Alcator C-Mod托卡马克装置上的快速相机数据,首次利用单根谱线对聚变等离子体中湍流电子密度、电子温度和中性密度进行了二维时间相关的实验测量。利用实验推断的数据,计算了轴对称聚变等离子体纯环向场框架下符合漂移简化Braginskii理论的二维湍流电场的初始估计值.发现氦原子对粒子和能量源的影响增强了电场和电子压力之间的相关性,同时加宽了影响${\bf E \times B}$流动和剪切速率的湍流场幅度。
2022-05-16 cs.LG cs.NA math.NA
Interaction of the fast wave with a scrape-off layer plasma in tokamaks. The ion cyclotron parametric instabilities and the anomalous heating of ions
发展了有限波长椭圆偏振快波驱动下等离子体离子回旋(IC)静电参量不稳定性理论。本文对托卡马克装置中FW注入过程中刮除层(SOL)中产生高能离子的一个潜在来源--IC准模衰变不稳定性的增长率进行了解析推导,给出了任意FW电场和IC不稳定扰动波长时IC准模衰变不稳定性增长率的解析表达式。对含有IC模$φ_{i}\left(\mathbf{k}_{i}, ω\right)$及其谐波$φ_{i}\left(\mathbf{k}_{i}, ω-ω_{0}\right)$、$φ_{i} \left(\mathbf{k}_{i}, ω-2ω_{0}\right)$的三波系统的色散方程进行了全面的数值分析,其中$ω_{0}$为FW频率。结果表明,对于波长与热离子Larmor半径相当的IC波,该波系统的参数IC不稳定性具有最大增长率。结果表明,反电子朗道阻尼在这种不稳定性的发展中起着重要的作用。这种不稳定性饱和的可能机制是离子被具有随机相位的IC波系综散射,这限制了高水平不稳定性的发展。本文利用发展的离子碰撞准模衰变不稳定性的准线性理论,确定了离子与参量离子碰撞湍流相互作用所引起的离子反常加热率。导出的结果表明,实验观察到的各向异性加热的冷SOL离子可能是造成的参数IC在SOL湍流。然而,IC参数湍流是不太可能负责实验观察到的约束不良的超热离子在托卡马克等离子体的SOL爆发。
2020-01-03 physics.plasm-ph