Velocity shear, turbulent saturation, and steep plasma gradients in the scrape-off layer of inner-wall limited tokamaks
采用三维、通量驱动、整体双流体湍流模拟方法，研究了托卡马克装置内壁限制放电刮削层中最近发现的窄功率衰减长度（$λ_q$）。形成的陡峭的等离子体轮廓测量发现出现由于径向剪切$\vec{E}\times\vec{B}$极向流。剪切流和流出的等离子体电流之间复杂的相互作用调节湍流饱和度，确定运输水平。我们量化的剪切流的影响，获得与我们的非线性模拟一致的理论估计。分析计算表明，IWL $λ_q$大致等于湍流相关长度。
2016-06-28 physics.plasm-ph
Studies of Reynolds Stress and the Turbulent Generation of Edge Poloidal Flows on the HL-@A Tokamak
报道了在边缘极向流、湍流应力和动量输运物理方面的几个新结果。这些都是基于HL-2A托卡马克上的实验。从湍流雷诺应力的直接测量中推导出欧姆和L模式放电中的平均极向流与新经典预测的显着偏差。偏差随加热功率的增大而增大。湍流极向粘度的波动数据合成，并被发现是可比的湍流颗粒扩散。首次从综合中推导出内禀极向力矩。得到了颗粒通量和雷诺应力的PDF。两者都表现出肥尾和大的峰度，这表明雷诺应力所代表的动量输运过程是不能很好地描述准线性计算。
2018-10-08 physics.plasm-ph
Critical roles of edge turbulent transport in the formation of high-field-side high-density front and density limit disruption in J-TEXT tokamak
本文通过朗缪尔探针和偏振干涉仪诊断，研究了J-TEXT托卡马克中边缘湍流输运对高场侧高密度前沿形成及密度极限破裂的关键作用。
2023-09-01 physics.plasm-ph
Effects of the parallel acceleration on heavy impurity transport in turbulent tokamak plasmas
发现并分析了湍流托卡马克等离子体中重杂质动力学的一个特定过程。我们发现，平行的随机加速度是强烈耦合到垂直运输，并产生一个径向收缩速度。相互作用产生的隐藏漂移，准相干的组成部分的运动，包括一对平均径向速度在相反的方向。平行加速度打破了这种对称性，并产生径向平均速度，可以是向内或向外的方向。在试验粒子模型的框架下，利用数值模拟方法分析了钨离子在三维湍流中的输运。结果表明，在现代托卡马克装置和ITER中，加速度诱导箍缩对W杂质的输运可能是重要的。
2020-08-25 physics.plasm-ph
Theory of Equivalent Tokamaks for Characterizing Turbulent Transport in Quasi-symmetric Stellarators
Zhejiang University（浙江大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Galaxy Energy LLC（银河能源有限责任公司）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出准对称仿星器的等效托卡马克理论，用三个几何量表征其湍流输运，并通过回旋动理学模拟验证了定量一致性。
2026-10-09 physics.plasm-ph
Turbulent transport in tokamak plasmas with rotational shear
利用非线性回旋动力学方法研究了托卡马克等离子体中存在旋转剪切时的湍流输运。在足够大的流动剪切，线性不稳定性被抑制，但瞬态增长模式驱动亚临界湍流的振幅增加与流动剪切。这导致热通量的局部最小值，表明等离子体约束的最佳E X B剪切值。局部最大的动量通量也观察到，允许在E × B剪切分叉的可能性。热流密度对温度梯度的敏感依赖性在大的流动剪切值下得到缓解，在较低的流动剪切值下，临界温度梯度增大。湍流普朗特数被发现在很大程度上是独立的温度和流量梯度，与一个接近统一的值。
2010-07-20 physics.plasm-ph
Turbulent features near the X point of a DTT-like tokamak plasma
本文通过三维静电流体模拟研究类DTT托卡马克X点附近的湍流输运，分析了湍流谱特征、极向与环向结构联系、静寂区形成及边界条件激发带状流的关键作用。
2024-07-31 physics.plasm-ph
Long-wavelength limit of gyrokinetics in a turbulent tokamak and its intrinsic ambipolarity
最近，静电陀螺运动的哈密顿量和坐标变化已经计算到一般磁几何中的$ε^2$阶。这里$ε$是回旋运动膨胀参数，即宏观尺度长度上的回旋半径。从这些结果出发，将回旋动力学Fokker-Planck方程和准中性方程的长波极限用于托卡马克几何。利用本文导出的方程组，可以计算分布函数和极向电场的长波长分量，达到$ε^2$阶。这些高阶部分包含了新古典和湍流的贡献，并构成了一个必要的成分（另一个是由短波长的组件，直到二阶），最终将进入一个完整的模型在低流量的托卡马克中的径向传输的环形角动量。最后，我们提供了一个明确的和详细的证明，系统组成的二阶回旋福克-普朗克和准中性方程留下的长波径向电场的不确定性，即湍流托卡马克是固有的双极。
2014-07-23 physics.plasm-ph
Turbulent momentum pinch of diamagnetic flows in a tokamak
托卡马克中的离子环向旋转由径向电场引起的$E\times B$流和径向压力梯度引起的反磁流组成。以往研究的科氏力引起的湍流环向角动量箍缩只适用于$E\times B$流。本文计算了径向压力梯度产生的转动动量箍缩，并与科里奥利箍缩作了比较。这一区别对于亚音速流或基座中的流是重要的，在基座中，两种类型的流在大小上相似，在方向上相反。在边缘中，由于相反的旋转而产生的不同的箍缩可以导致固有的动量传输，从而产生显著的旋转峰值。
2013-01-17 physics.plasm-ph
Turbulent transport regimes in the tokamak boundary and operational limits
双流体，三维，通量驱动，全球，电磁湍流模拟进行了使用GBS代码，以确定控制在托卡马克边界的湍流输运的主要参数，并划定边缘湍流的电磁相空间。确定了四种湍流输运机制：（i）在碰撞度和$β$的中间值处出现的充分发展的湍流的区域，其中湍流由电阻气球模式驱动，与托卡马克的L模式操作有关，（ii）在低碰撞度和大热源处的减少的湍流输运的区域，其中湍流由漂移波驱动，与高密度H模式区域有关，（iii）在高碰撞性下的极大湍流输运的区域，其与密度极限的交叉相关联，以及（iv）在高$β$下的理想气球极限以上的区域，具有影响整个受限区域的动力学的全局模式，其可以与$β$极限的交叉相关联。从减少到发达的湍流输运制度的过渡与H-模式的密度限制和分析的比例律可实现的最大边缘密度在H-模式。类似地，分析缩放律的交叉的L-模式密度和$β$限制提供和GBS模拟的结果进行比较。
2022-05-09 physics.plasm-ph
Simulations Campaign of the Turbulent Diffusion at Tokamaks Edges
为了优化现代聚变装置中的磁约束特性，对跨场输运的理解至关重要。在这项工作中，一个二维的，简化的模式被用来研究在该区域的刮除层的湍流动力学。我们展示了如何的数值模型，减少Braginskii方程的基础上，是能够描述的形成和随时间的演变的斑点结构。我们研究这些复杂的动力学通过使用经典的欧拉分析和拉格朗日方法，通过改变等离子体的环境条件。我们已经发现，磁剪切和等离子体的配置文件是至关重要的输运的属性。通过以下拉格朗日示踪剂，我们观察到扩散瞬态的径向运输，在lengthscales大于典型的斑点大小。这一工作对于理解托卡马克装置边缘的湍流输运是有意义的。
2022-09-06 physics.plasm-ph
Neural networks for turbulent transport prediction in a simplified model of tokamak plasmas
本研究探索神经网络在托卡马克等离子体简化模型湍流输运预测中的应用，基于测试粒子模拟数据库训练的五维输入神经网络，验证误差低于2%，速度快数个数量级，性能优于样条插值，为相关研究提供了有前景的方法。
2023-12-15 physics.plasm-ph
Turbulent transport of alpha particles in tokamak plasmas
本文研究了聚变产生的α粒子在托卡马克等离子体中的ExB扩散。我们确定一个现实的模型，具有离子温度梯度（ITG）或捕获的电子模式（TEM）驱动的湍流的特性的运输制度。它包括使用数值模拟的结果建模的电位波动的频谱，有效的抗磁速度和平行运动的电位的漂移。我们的半分析统计方法是基于去相关轨迹法（DTM），这是适应于gyrokinetic近似。我们得到了输运系数随湍流参数和α粒子能量的变化。根据我们的计算结果，α粒子的湍流输运只有在能量为100KeV时才能出现。我们确定相应的条件。
2016-03-28 physics.plasm-ph
Radio frequency induced and neoclassical asymmetries and their effects on turbulent impurity transport in a tokamak
杂质密度的极向不对称性可以由核心的射频加热和托卡马克等离子体边缘的新经典效应产生。在一个基座的案例研究中，使用全球新古典模拟，我们发现，有限的轨道宽度效应可以产生显着的极向变化的静电势，这在一个小的径向尺度上变化。陀螺动力学建模表明，这些极向不对称性可以足够强，以显着修改湍流杂质峰。在基座中，ExB在径向电场中的漂移对杂质极向运动的贡献大于平行流对杂质极向运动的贡献。在这种情况下，我们发现，上下不对称性也会影响杂质峰。
2013-11-20 physics.plasm-ph
Investigation of turbulent transport regimes in the tokamak edge by using two-fluid simulations
本文利用单零组态磁通驱动双流体模拟的结果，研究了托卡马克边缘湍流输运的过程。确定了三种湍流输运机制：（i）一个发展的输运区，其湍流由交换不稳定性驱动，与托卡马克操作的标准L模式具有许多共同特征，（ii）一个抑制的输运区，其特征在于较高的能量约束时间值，由Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的低振幅相对波动，强E x B剪切流，和一个传输障碍的形成，回忆的H-模式，和（iii）退化的约束制度，其特征在于一个灾难性的大的湍流驱动的湍流传输，这提醒了格林沃尔德密度极限的交叉。我们推导出的压力梯度长度的解析表达式在这三个制度。通过增加热源或降低碰撞性获得从发展的输运状态到抑制的输运状态的过渡，反之亦然，对于从发展的输运状态到退化的约束状态的过渡。的功率阈值的解析表达式，以访问抑制的传输制度，连接到H-模式访问的功率阈值，以及在进入退化的约束制度，相关的格林沃尔德密度之前可实现的最大密度，也来自。实验依赖性的H-模式访问的功率阈值密度，托卡马克大半径，和同位素质量的检索。密度极限的解析估计包含了对等离子体电流和托卡马克小半径的正确依赖。
2020-07-20 physics.plasm-ph
Effects of magnetic drifts on ion transport in turbulent tokamak plasmas
在三维湍流模型中研究了当前托卡马克聚变实验条件下低能氘离子的随机平流。扩散系数的计算开始从测试粒子的轨迹的框架中的半分析统计模型称为解相关轨迹方法。我们表明，由速度场的空间相关性所决定的轨道捕获是导致反常扩散的主要原因，我们得到了对应于不同湍流模型参数值的输运机制和冻结湍流极限下的捕获条件。取决于模型的参数的值，湍流和磁漂移之间的相互作用导致增加（在极向方向上的运输增加到一个数量级）和减少的粒子运输。
2017-07-27 physics.plasm-ph
Real-time capable first principle based modelling of tokamak turbulent transport
建立了一个能实时计算的托卡马克堆芯湍流输运模型。该模型是由准线性陀螺动力学输运程序输出的正则化非线性回归构造的。用多层感知器神经网络进行回归。神经网络训练集的输运码输入由五个维度组成，并且仅限于绝热电子。神经网络模型成功地再现了原准线性模型预测的输运通量，同时在计算时间上获得了五个数量级。该模型在一个实时托卡马克模拟器中实现，并在10秒内模拟了300秒的ITER放电。这种基于回归的传输模型的原理证明预计未来训练集的输入空间维度和物理真实性将显着扩大。这旨在提供前所未有的计算速度，再加上基于第一原理的物理学，用于实时控制和集成建模应用。
2015-06-15 physics.plasm-ph
Turbulent momentum transport due to the beating between different tokamak flux surface shaping effects
在托卡马克磁平衡中引入上下不对称性是未来大型装置中驱动快速内禀环向旋转的可行方法。在本文中，我们研究如何产生的内禀动量输运的上下不对称整形尺度与整形效应的模式数。利用陀螺运动倾斜对称性（Ball等人（2016）Plasma Phys. Control. Fusion 58 045023），我们研究了由不同高阶整形效应的跳动产生的包络效应。这表明，包络的存在可以改变的缩放的动量通量从指数小的限制大整形模式数的多项式小。这种动量传输的增强要求包络线是上下不对称的，并且具有小半径量级的空间尺度。
2016-11-23 physics.plasm-ph
Scaling of up-down asymmetric turbulent momentum flux with poloidal shaping mode number in tokamaks
打破托卡马克的上下对称性消除了限制内禀动量输运的约束，从而使环向旋转变小。利用回旋运动理论，研究了不同的上下非对称通量面形状对湍流动量输运的影响。这是通过微扰展开的大通量表面整形模式数的陀螺方程。研究发现，缺乏镜像对称性的整形所产生的动量通量（这必然是上下不对称的）与整形模数呈幂律比例关系。然而，镜像对称通量面整形（即使它是上下不对称的）产生的动量通量随大整形模式数呈指数衰减。这些缩放是一致的非线性本地gyrokinetic模拟，并表明，低模式数成形效果（如伸长，三角形）是最佳的创建旋转。此外，它表明，打破镜像对称的通量表面可能会产生显着更多的环向旋转。
2016-04-14 physics.plasm-ph
Multiple-isotope pellet cycles captured by turbulent transport modelling in the JET tokamak
第一次成功地再现了多同位素等离子体的颗粒循环减少湍流输运建模，在一个综合的模拟框架。未来的核聚变反应堆很可能由低温弹丸注入燃料，由于更高的穿透力和更快的响应时间。准确的颗粒循环建模对于评估燃料效率和燃烧控制至关重要。在最近的JET托卡马克实验中，氘丸与反应堆相关的沉积特性注入到纯氢等离子体。同位素比剖面的测量推断氘穿透时间与能量约束时间相当。该模型成功地再现了等离子体热力学配置文件和快速氘渗透时标。减少湍流模型的预测，在一个负的密度梯度的存在下，以下粒料沉积相比，基因的线性和非线性高保真度建模。在反应堆燃料能力和燃烧控制方面，结果令人鼓舞。
2021-03-16 physics.plasm-ph
Turbulent Transport in Tokamak-plasmas: A Thermodynamic Approach
在以前的工作中，我们提供了显式形式的非线性偏微分方程，受到适当的边界条件，这必须满足的输运系数的系统Onsager的区域。由于所提出的偏微分方程是在不忽略平衡方程中存在的任何项的情况下获得的（即，的质量，动量和能量平衡方程），我们提出他们作为一个很好的候选人，也描述运输热力学系统在湍流制度。作为一种特殊情况，当热力学系统受到两个热力学力时，我们推导出输运系数的非线性偏微分方程。在这种情况下，得到的偏微分方程，在化学场论（TFT），类似于黎曼（或伪黎曼）几何中的刘维尔方程。我们的模型的有效性进行了测试，通过分析一个具体的例子，Onsager的关系显然不同意的经验：在托卡马克等离子体运输。更具体地说，我们计算了湍流FTU（弗拉斯卡蒂托卡马克升级）等离子体中的电子质量和能量损失。我们的理论预测和实验观察之间的协议。该方法允许预测玻姆系数和陀螺-玻姆系数的值。据我们所知，这是第一次，这样的系数已经分析评估。这一系列工作的目的是将我们的方法应用于将在意大利建造的偏滤器托卡马克试验设施（DTT）和ITER。
2022-10-19 physics.plasm-ph
Experimental observations and modelling of intrinsic rotation reversals in tokamaks
本文综述了托卡马克装置中自发环向反转的研究进展，并探讨了解决这一难题的最新思路。本文综述了AUG、C-Mod、KSTAR、MAST和TCV托卡马克的实验观测结果，湍流动量输运被认为是引起反转的原因，湍流动量输运理论的回顾和对今后研究的建议。
2017-01-27 physics.plasm-ph
Radial transport of toroidal angular momentum in tokamaks
确定托卡马克的内禀转动分布需要环向角动量的径向通量。其计算需要知道$ε= ρ/L$中的回旋运动分布函数和湍流静电势到二阶，其中$ρ$是离子拉莫尔半径，$L$是磁场的变化长度。本文提出了一套完整的计算托卡马克中环向角动量径向输运的方程。特别地，首次给出了分布函数和静电势的湍流分量的$O(ε^2)$方程，而没有假设在磁场强度上的极向磁场很小。
2015-04-29 physics.plasm-ph
Turbulent Transport-Limited Pedestals in Tokamaks
本文提出输运阈值模型，分析托卡马克边缘台基在ETG等湍流作用下的宽度—高度标度，并结合MAST-U、NSTX和DIII-D实验解释无ELM运行条件。
2025-05-14 physics.plasm-ph
Fast modeling of turbulent transport in fusion plasmas using neural networks
我们提出了一个超快神经网络（NN）模型，QLKNN，它预测核心托卡马克输运热量和粒子通量。QLKNN是一个基于准线性回旋运动输运模型的3亿通量计算数据库的替代模型。该数据库涵盖了广泛的现实托卡马克堆芯参数。物理特征，如湍流输送的临界梯度的存在被集成到神经网络的训练方法。我们耦合QLKNN的托卡马克建模框架JINTRAC和快速控制导向的托卡马克输运求解器RAPTOR。耦合框架的演示和验证，通过应用到三个喷气枪涵盖了代表性的传播H-模式的操作空间，预测湍流传输的能量和粒子在等离子体核心。JINTRAC-QLKNN和RAPTOR-QLKNN能够准确地再现JINTRAC-PLC-LiKiz Ti，e和ne轮廓，但速度快3到5个数量级。需要数小时的模拟时间减少到只需几十秒。在QLKNN和KALLiKiz之间的最终源驱动的预测轮廓的差异是在1%-15%的顺序。此外，QLKNN很好地捕捉到了动态行为，与在中半径处观察到的JINTRAC-PLI-LiKiz相比，差异仅为4%-10%，用于研究L-H转变后的密度积累。在多物理场集成托卡马克建模中部署神经网络代理模型是实现精确和快速的托卡马克场景优化、不确定性量化和控制应用的一条有前途的路线。
2020-04-01 physics.plasm-ph
Radial transport of electric current by electromagnetic microturbulence in tokamaks
EPFL（洛桑联邦理工学院）；PPPL（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究通过 GENE 和 CGYRO 代码的模拟与基准测试，揭示托卡马克电磁微湍流对电流的径向输运特性，为高β托卡马克等离子体的旋转、电流与安全因子耦合演化提供了关键依据。
2026-08-05 physics.plasm-ph
A fast low-to-high mode bifurcation dynamics in a tokamak edge plasma gyrokinetic simulation
输运势垒的形成及其与流体和等离子体中剪切流的关系在各种自然和实验室观测中具有根本意义，并且在磁聚变装置中实现经济的能量生产中具有至关重要的意义。在这里，我们报告的第一个观察到的边缘输运势垒形成事件中进行了一个现实的托卡马克边缘几何形状的gyrokinetic模拟。结果表明，湍流Reynolds应力驱动的剪切ExB流与新经典轨道损失协同作用，抑制湍流输运，并在最后一个闭合磁通量表面内部形成输运势垒.
2017-05-08 physics.plasm-ph
Intrinsic current drive by electromagnetic electron temperature gradient turbulence in tokamak plasmas
利用电磁回旋动力学方程建立了平均平行电流密度演化方程。由电子温度梯度（ETG）湍流引起的本征电流驱动机制有两种。第一类是包含类残余应力项和类动应力项的残余湍流通量发散。第二类是由密度和平行电场起伏之间的相关性驱动的剩余湍流源。由残余湍流源驱动的本征电流密度与由残余湍流通量驱动的本征电流密度相比可以忽略不计。估计了由EM ETG湍流驱动的本征电流密度与背景自举电流密度的比值。在ITER标准情景下，由剩余湍流通量驱动的湍流通量中尺度变化的局部本征电流密度可以达到核心区自举电流密度的80%左右，但在全球尺度上不存在净本征电流。在此基础上，在未来的高β e（电子压与磁压之比）器件中，可能需要仔细考虑由电磁微湍流驱动的局部本征电流及其对安全因子分布的局部修改的影响。
2020-06-27 physics.plasm-ph
Edge Shear Flows and Particle Transport near the Density Limit in the HL-2A Tokamak
边缘剪切流及其对湍流输运的调节作用一直被认为在格林沃尔德密度极限$ n_G $附近的等离子体中起着重要作用。本文研究了HL-2A装置在欧姆L模放电条件下，当接近$ n_G $时，平衡剖面以及分界面上的湍流粒子通量和雷诺应力。当归一化线平均密度$ \bar{n}_e/n_G $升高时，平均极向流$ ω_{\rm sh} $的剪切率下降，低频纬向流的湍流驱动（雷诺功率$ \mathcal{P}_{Re} $）崩溃。相应地，湍流粒子输运随着碰撞率的增加而急剧增加。测地线声学模式（GAM）在较高密度下从环境湍流中获得更多的能量，但具有比低频带状流更小的剪切率。增加的密度还引入了减少绝热性，这不仅增强了颗粒输送，而且还与涡流倾斜和雷诺功率的减少有关。这两种效应都可能导致边缘等离子体的冷却，从而产生限制等离子体密度的MHD不稳定性。
2018-01-17 physics.plasm-ph
Turbulence-Induced Safety Factor Profile Flattening at Rational Surfaces in Tokamaks with Low Magnetic Shear
该研究针对低磁剪切托卡马克近有理曲面情形，揭示离子尺度湍流电流通过形成带状磁势波纹和阶梯状安全因子剖面来抑制湍流输运，为ITB形成提供机制解释。
2024-12-02 physics.plasm-ph
Lagrangian features of turbulent transport in tokamak plasmas
本研究针对托卡马克等离子体中漂移型湍流驱动的离子湍流输运，通过T3ST模拟发现其拉格朗日特性具近似遍历性等特征，且初始分布的小约束对输运水平影响可忽略。
2025-09-04 nlin.CD physics.data-an physics.plasm-ph
A Subgrid Model for Electron-Scale Turbulent Transport in Global Ion-Scale Gyrokinetic Simulations of Tokamak Plasmas
本文提出一种亚格子ETG模型，将GENE的电子尺度湍流平均后耦合到全局ITG GEM模拟中，以在离子尺度方程中计入电子热输运并分析其影响。
2025-07-22 physics.plasm-ph
Intrinsic rotation in tokamaks: theory
导出了极向磁场$B_p$相对于总磁场$B$较小时托卡马克内禀转动的自洽方程。该模型给出了由于湍流、碰撞输运和能量注入引起的动量重分布。内禀旋转是由动量重分布与湍流扩散和对流之间的平衡决定的。两种不同的湍流制度被认为是：湍流的离子回旋半径，$ρ_i$的顺序的特征垂直长度，和湍流的极向回旋半径，$(B/B_p) ρ_i$的顺序的特征长度。回旋半径尺度湍流驱动的内旋主要是由于新经典修正和有限轨道宽度对湍流动量输运的影响，而极向回旋半径尺度湍流驱动的内旋则是由于湍流特征在径向和极向方向的缓慢变化以及湍流粒子的加速度与新经典效应和有限轨道宽度效应同等重要。结果表明，磁漂移是湍流特性缓慢变化和湍流粒子加速所驱动的内禀旋转所不可缺少的。的方程被写在一个磁通管代码的实施形式，有利于和湍流的径向变化的影响包括在一个新的方式，不需要一个全球gyrokinetic形式主义。
2015-03-06 physics.plasm-ph
On the Effects of Tokamak Plasma Edge Symmetries on Turbulence Relaxation
本文构建简化的3D Hasegawa-Wakatani模型研究托卡马克边缘湍流弛豫，发现X点对称性因背景与极向扰动共振改变湍流输运特性，且微扰法求解电势动力学不总可行。
2023-09-12 physics.plasm-ph
On the edge turbulence in a DTT-like tokamak plasma
本研究针对类DTT托卡马克等离子体边缘漂移湍流，通过三维静电流体模拟探究扩散系数、极向磁分量及径向边界条件对湍流谱、涡旋/带状流和各向异性特征的影响，为DTT等反应堆的湍流控制提供参考。
2025-04-15 physics.plasm-ph
Turbulent transport of fast ions in tokamak plasmas in the presence of resonant magnetic perturbations
该研究采用试验粒子输运模型与直接数值模拟，探究共振磁扰动下托卡马克快离子湍流输运特性，明确有限拉莫尔半径、磁扰动振幅等的影响，发现湍流与磁扰动的非线性耦合增强径向扩散，并提出输运系数通用标度律。
2020-11-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Intrinsic current drive by electromagnetic electron drift wave turbulence in tokamak pedestal region
研究了考虑电磁效应的电子漂移波湍流驱动的局域本征平行电流密度。由剩余湍流通量和湍流源驱动的本征电流密度与自举电流密度之比随电子密度和温度的变化分别为$T_e^{3/4}T_i/n_e$和$T_eT_i/n_e$。基于DIII-D基座区的典型参数，由剩余湍流通量和湍流源共同驱动的局部本征电流密度可以忽略。然而，尽管可以忽略的湍流源驱动的电流，剩余的湍流通量驱动的局部本征电流密度的EM DW湍流可以达到约66%的自举电流密度的ITER基座参数，由于在ITER比DIII-D低得多的碰撞。分析了等离子体对电磁涨落响应中绝热ES部分、非绝热ES部分和非绝热EM部分的贡献。结果表明，在ITER基座情况下，非绝热ES响应与非绝热EM响应之间存在很强的抵消作用，平行电子压的绝热ES响应贡献的动应力主导了本征电流驱动.这与ES电子DW情况不同。因此，在未来的高电子压磁压比和陡压力分布的反应堆中，应仔细考虑电磁场对湍流驱动本征电流密度的影响。
2020-06-27 physics.plasm-ph
Chaotic edge density fluctuations in the Alcator C-Mod tokamak
用0-模式反射计获得的时间序列的分析（Rhodes等人，1997 Plasma Phys. and Control. Fusion 40（1998）493-510）和喷气成像（Cziegler，I.等人2010 Phys. of Plasmas 17，No.5（2010）056120）系统的实验表明，湍流边缘密度波动是混沌的。该结论的支持证据包括：指数功率谱的观察（其与时间序列中的洛伦兹形脉冲相关联）、相应的Bandt-Pompe概率分布的总体（Bandt和Pompe 2002 Phys. Rev. Lett. 88 174102）和信号在复杂性-熵平面（C-H平面）上的位置（Rosso等人2007 Phys. Rev. Lett. 99，154102（2007））。边缘湍流作为混沌的分类打开了大门，进一步的工作，以了解底层的过程和湍流传输的影响。
2017-04-22 physics.plasm-ph
Novel method of developing broad band AC biasing power amplifier for online turbulent feedback experiment in STOR-M tokamak
研制了一种用于STOR-M托卡马克高频偏置\cite{kn:deb1}和实时湍流反馈实验的脉冲振荡功率放大器。能够在1 kHz-50 kHz频段内提供约$\pm60$ V的输出峰峰值振荡电压和约30 A的电流，任何波形信号均不失真。总输出功率由两级功率运放和末级并联的9个相同的推挽放大器放大。功率放大器的输入信号是在等离子体发射过程中从等离子体浮置电位中采集的，并与托卡马克装置进行了光学隔离，用于实时反馈实验。在这里，滤波后的浮动电位波动具有5 kHz-40 kHz之间的带宽已被放大，并馈送到插入到等离子体边缘的电极，以研究等离子体湍流的响应。观察到由于浮置电位的实时反馈，磁波动被抑制。
2020-04-21 physics.ins-det physics.plasm-ph
Broadening of the Divertor Heat Flux Profile in High Confinement Tokamak Fusion Plasmas with Edge Pedestals Limited by Turbulence in DIII-D
针对未来托卡马克排热层过窄问题，本研究在DIII-D高约束低碰撞率台基中通过增强边缘湍流使热通量宽度与偏滤器扩散展宽近乎加倍，并由XGC模拟和探针测量证实。
2024-08-05 physics.plasm-ph
Controlling Tokamak Geometry with 3D Magnetic Perturbations
结果表明，小的外加磁场扰动可以显著改变托卡马克中磁通量表面的重要几何性质。通过3D整形，实验相关的扰动水平足够大，影响湍流传输和MHD稳定性的基座区域。结果表明，占主导地位的俯仰共振通量表面变形主要是由非共振三维领域，特别是在存在显着的轴对称成形。所施加的3D场的光谱内容可用于控制这些效应。
2014-06-23 physics.plasm-ph
On the Turbulent Behavior of a Magnetically Confined Plasma Near the X-Point
本文建立了托卡马克装置X点附近的湍流模型，在适当的假设下，得到了电场势涨落的封闭方程。分析和数值分析的重点是减少二维制定的动态，它允许直接映射到不可压缩的纳维-斯托克斯方程。本研究的主要优点是概述了X点附近的湍流，对应于典型的操作条件的中型和大型托卡马克，是由涡度拟能级联从大到小的空间尺度占主导地位。
2022-05-05 physics.plasm-ph
A new quasilinear model for turbulent momentum transport in tokamaks with flow shear and plasma shaping
本研究针对托卡马克中强$E\ imes B$流剪切降湍流输运的特性，提出一种考虑环向流剪切与等离子体成形的新型物理驱动准线性模型，可快速准确估算多种构型下的湍流动量输运，经GENE模拟验证有效。
2024-01-29 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Tracking Blobs in the Turbulent Edge Plasma of a Tokamak Fusion Device
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
等离子体中的湍流分析是聚变研究的基础。尽管在过去的15年里，理论模拟取得了广泛的进展，但我们仍然缺乏对磁约束装置（如托卡马克）中湍流的完整和一致的理解。由于驱动湍流现象的高速动力学的不同过程，实验研究具有挑战性。这项工作提出了一种新的应用运动跟踪，以识别和跟踪湍流细丝融合等离子体，称为斑点，在高频视频从气体喷流成像诊断。我们比较了在合成数据上训练的四种基线方法（RAFT，Mask R-CNN，GMA和Flow Walk），然后在托卡马克配置变量（TCV）中从等离子体获得的合成和真实数据上进行测试。从斑点轨迹的分析确定的斑点制度同意与国家的最先进的条件平均方法的基线方法，这些技术的准确性给予信心。传统上，高进入壁垒将托卡马克等离子体研究限制在该领域的一小部分研究人员中。通过公开提供数据集和基准，我们希望向科学和工程领域的广泛社区开放该领域。
2022-08-10 cs.CV physics.plasm-ph
Intrinsic toroidal rotation driven by turbulent and neoclassical processes in tokamak plasmas from global gyrokinetic simulations
本研究利用全局全f回旋动理学代码XGC模拟DIII-D H模等离子体，发现漂移轨道平行动量通量与E×B动量通量对残余应力贡献显著，揭示了其在本征环向旋转研究中的重要性。
2024-05-28 physics.plasm-ph
Reducing turbulent transport in tokamaks by combining intrinsic rotation and the low momentum diffusivity regime
本研究提出结合上下不对称磁面塑形与低动量扩散率区，利用内禀动量通量产生强流动剪切，从而降低球形托卡马克湍流能量输运并提升临界梯度。
2025-06-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Momentum injection in tokamak plasmas and transitions to reduced transport
研究了动量注入对托卡马克等离子体温度梯度的影响。一个合理的方案过渡到减少运输制度提出。当有足够的动量输入，使得速度切变可以抑制或减少湍流时，就会发生转捩。然而，它有可能驱动太多的速度剪切，重新点燃湍流传输。确定了动量注入的最佳水平。在低磁剪切或零磁剪切的区域中，输运的减少最大化。
2011-03-18 physics.plasm-ph
Hot-Ion Modes in Globus-M2 and Saturation of Energy Confinement Time Scaling in Spherical Tokamaks with Toroidal Magnetic Field of 1 T and Above
本研究在Globus-M2球形托卡马克中实现离子高温加热，发现环向磁场从0.5 T升至1 T时约束显著改善，但结合ST40实验表明更高磁场下热绝缘提升将饱和。
2025-09-02 physics.plasm-ph
Geometry effects on zonal flow dynamics and turbulent transport in optimized stellarators
全局回旋动理学模拟发现，在为新经典输运优化的仿星器中，带状流对ITG湍流有强烈抑制；得益于更高的线性残余水平和更低的非线性频率，QH和QI仿星器的输运降低远大于QA和托卡马克，其输运水平和能量约束时间与托卡马克相似。
2025-05-28 physics.plasm-ph
Combing physics-based and data-driven predictions for quantitatively accurate models that extrapolate well; with application to DIII-D, AUG, and ITER tokamak fusion reactors
本文提出将数据驱动模型精度与物理模型外推能力相结合的方法，用于构建可外推的托卡马克输运模型，并在DIII-D、AUG及ITER场景中验证和讨论其应用。
2024-09-30 physics.plasm-ph
Large-mode-number magnetohydrodynamic instability driven by sheared flows in a tokamak plasma with reversed central shear
本文分析了在具有反向中心剪切的位形中，托卡马克安全因子剖面最小q_min附近的亚阿尔文剪切流层的影响。足够强的速度剪切产生了一个快速增长的Kelvin-Helmholtz（KH）类理想磁流体动力学（MHD）模式与主导模式数m，n ~ 10的广谱。有限电阻率的非线性模拟表明，磁重联附近的波纹所造成的KH样涡，湍流结构的形成，和一个扁平的流动剖面。KH模式相比，双撕裂模式（DTM）占主导地位，在较低的剪切速率。讨论了这些结果在具有内输运势垒的托卡马克装置中的可能应用。
2007-01-12 physics.plasm-ph
Turbulent Magnetohydrodynamic Reconnection Mediated by the Plasmoid Instability
已经确定，在高伦德奎斯特数重联的Sweet-Parker电流层是不稳定的超Alfvénic等离子体团不稳定性。过去的二维磁流体动力学模拟表明，等离子体团不稳定性导致一个新的制度，Sweet-Parker电流层的变化，成为一个链的等离子体团连接的次级电流片，和平均重联率变得几乎独立的Lundquist数。在这项工作中，三维模拟与指导领域表明，额外的自由度允许等离子体团不稳定性增长的斜角，相互作用，导致自生湍流重联。自生湍流状态下的平均重联率是特征阿尔文速度的百分之一，这与二维结果相似，但比最近外部驱动三维湍流重联研究中报道的最快重联率低一个数量级。运动能和磁能涨落都沿局部磁场方向形成细长的涡旋，这是各向异性磁流体动力学湍流的特征。这两种能量波动在惯性范围内满足幂律谱，其中磁能谱指数在从$-2.3$到$-2.1$的范围内，而动能谱指数稍微陡峭，在从$-2.5$到$-2.3$的范围内。湍流涡旋的各向异性被发现是几乎与尺度无关的，在由均匀磁场渗透的均匀等离子体中的各向异性湍流的Goldreich-Sridhar理论的预测相反。
2015-12-04 physics.plasm-ph
Intrinsic momentum transport driven by almost-rational surfaces in tokamak plasmas
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
研究发现当安全因子q接近有理数且磁剪切接近零时，局部回旋动理学模型的对称性被打破，导致湍流动量输运驱动等离子体自发旋转，该机制显著强于其他内禀旋转驱动，并产生内禀电流将q拉向有理值，可能有助于非感应电流驱动和内输运垒触发。
2026-05-28 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
