Evaluation of neoclassical transport in nearly quasi-isodynamic stellarator magnetic fields using MONKES
本文利用MONKES代码评估近准等动力仿星器磁场的新经典输运，通过分析CIEMAT-QI中间位形数据库揭示了间接优化策略在最小化自举电流方面的低效性，并初步探索了分段全向场这一新型优化磁场的位形空间。
2024-10-23 physics.plasm-ph
Vanishing neoclassical viscosity and physics of the shear layer in stellarators
漂移动力学方程求解低密度TJ-II等离子体采用缓慢变化，随时间变化的配置文件。这允许模拟密度斜升实验，并从第一原理描述径向电场剪切层的形成和物理。过渡的主要特点是完全捕获的计算，和良好的定量协议也found. The结果在这里，这应该是有效的其他非准对称仿星器，提供了一个基本的解释连接到剪切层出现在TJ-II丰富的实验观测。关键量是新古典粘度，当临界密度从下面接近时，它会平滑地趋于零。这使得有可能在转捩附近出现与湍流有关的现象，特别是纬向流。
2012-08-16 physics.plasm-ph
Impurity temperature screening in stellarators close to quasisymmetry
杂质温度屏蔽是一种有利的新经典现象，它涉及来自聚变装置核心的杂质离子向外的径向通量。准对称磁场本质上是双极性的，并对足够低的$η^{-1}\equiv d\ln n/d\ln T$产生温度屏蔽。相比之下，在一般仿星器的新古典通量将取决于径向电场，这是预测向内的离子根等离子体，可能导致杂质积累。在这里，我们研究杂质粒子通量在一些近似准对称仿星器配置和参数制度，而不同的量的破缺的磁场。失去温度屏蔽所需的破缺量（来自完美准对称）取决于特定的组态和通量面。新古典通量已获得使用SFINCS漂移动力学方程求解器与静电势$Φ=Φ(ψ)$，其中$ψ$是通量表面标签。结果表明，实现温度屏蔽是可能的，但不太可能，在反应堆相关的条件下，在核心。因此，名义上准对称仿星器的对称性的小偏离足够大，以显着改变新古典杂质输运。进一步研究这些通量相比，陀螺玻姆湍流估计表明，新古典通量是小的优化配置相比，湍流通量。因此，虽然在大多数情况下，新古典杂质的积累是可以预期的，但湍流的强度可能会使其变得无关紧要。
2020-02-22 physics.plasm-ph
Electrostatic potential variations on stellarator magnetic surfaces in low collisionality regimes
新古典静电势的分量在磁表面上是不恒定的，我们用$\tildeφ$表示，它可以影响高电荷杂质的径向输运，这促使它被包含在一些现代新古典代码中。计算$\tildeφ$的新古典模拟的数量仍然很少，部分原因是它们通常要求计算资源，特别是在低碰撞性下。本文解析地导出了接近全向星的仿星器在$1/ν$、$\sqrtν$和超香蕉坪区的尺寸、与碰撞度和纵横比的标度以及磁表面上的$\tildeφ$结构。e.仿星器已经被优化用于新古典运输。发现新古典方程所允许的最大$\tildeφ$与纵横比的倒数和与全向度的偏差的大小成线性关系。利用一个扰动的全相位形模型，用KNOSOS程序的计算结果验证和说明了分析结果。本文所采用的方法、结果和数值工具可应用于具有破缺轴对称的托卡马克中的新经典输运问题。
2018-08-21 physics.plasm-ph
Fast and accurate calculation of the bootstrap current and radial neoclassical transport in low collisionality stellarator plasmas
该论文提出一种基于Legendre多项式和块三对角算法快速准确求解低碰撞度单能漂移动力学方程的方法，开发了新经典代码MONKES，可高效计算仿星器自举电流与单能输运系数，适用于仿星器优化与预测输运。
2025-10-31 physics.plasm-ph
An adjoint method for neoclassical stellarator optimization
仿星器是一种很有前途的稳态聚变能源。然而，为了实现所需的约束，磁几何形状必须高度优化。这种优化需要导航高维空间，通常需要使用基于梯度的方法。用经典方法计算新古典通量的梯度是昂贵的，需要$O(N)$通量计算，其中$N$是参数的数量。为了减少梯度计算的成本，我们提出了一个伴随的方法来计算新古典分布函数的矩的导数仿星器优化。线性伴随方法允许依赖于线性系统的解的量的导数，例如分布函数的矩，相对于仅来自两个线性系统的解的许多参数来计算。这降低了计算梯度的成本，使得有限碰撞新古典通量可以在优化循环中使用。用新古典伴随方法计算了漂移动力学方程和伴随漂移动力学方程的解，得到了新古典量对几何参数的导数。当导数中的参数的数目很大（$\mathcal{O}(10^2)$）时，这种伴随方法提供高达200倍的成本降低。我们展示了基于伴随的场强优化，以获得表面上的最小自举电流。伴随的衍生物，我们还计算磁通表面上的磁扰动的局部灵敏度，并确定在误差场的严格公差的自举电流或径向运输的控制所需的区域。此外，双极电场的解决加速使用牛顿法与衍生物从伴随方法获得。
2019-06-02 physics.plasm-ph
The effect of tangential drifts on neoclassical transport in stellarators close to omnigeneity
一般来说，由于磁场的三维性质，仿星器中被捕获粒子的轨道平均径向磁漂移是非零的。其中的轨道平均径向磁漂移消失的仿星器被称为omniogeneous，他们表现出新古典输运水平的轴对称托卡马克。然而，偏离全方位的影响在实践中是不可忽视的。对于足够低的碰撞频率（低于定义$1/ν$状态的值），与通量表面相切的漂移分量变得相关。本文重点研究当非全异性扰动梯度较小时，接近全异性的仿星器中的这种碰撞机制。首先，它被证明，接近omnidium是需要保持径向局部性的漂移动力学方程的碰撞低于$1/ν$制度。结果表明，新经典输运是由相空间中的两层决定的。其中一层对应于$\sqrtν$状态，另一层对应于超香蕉-平台状态。超香蕉高原层的切向电场的计算的重要性被强调，以及后者的相关性，在本文中考虑的碰撞制度的新古典运输。特别是，切向电场是必不可少的出现一个新的subregime超香蕉高原运输时，径向电场是小的。给出了包括$\sqrtν$区和超香蕉坪区的离子能流公式。能量通量与全方位偏差大小的平方成比例。最后，它是解释为什么低于一定的碰撞性值，在这篇文章中提出的配方不再有效。
2017-03-10 physics.plasm-ph
Finite orbit width effects in large aspect ratio stellarators
推导了镜比接近1的大纵横比仿星器中低碰撞新经典通量的新轨道平均方程。该方程采用第二绝热不变量$J$作为速度空间坐标，保留了有限轨道宽度效应，并已在轨道平均新经典程序KNOSOS中实现.这些方程被用来研究$1/ν$区域和低碰撞区域。对于镜像比接近于1的一般大纵横比仿星器，随着碰撞频率的降低，$1/ν$机制直接过渡到$ν$机制，而不通过$\sqrtν$机制。得到了$ν$区新经典通量的显式表达式。该公式包括在不同类型的阱之间过渡的粒子的影响。虽然这些过渡产生的随机散射的碰撞频率在速度空间中的值无关，在真实空间中的扩散保持成比例的碰撞频率。$\sqrtν$机制仅在接近全方位的大纵横比仿星器中恢复：具有大镜比的大纵横比仿星器和镜比接近1的优化的大纵横比仿星器。利用\cite{calvo17}导出的轨道平均方程，可以计算具有大镜比的大展弦比仿星器中的新经典输运。在这些仿星器中，$\sqrtν$区域存在于碰撞间隔$ε|\ln ε| \ll ν_{ii} R a/ρ_i v_{ti} \ll 1/ε$中。在优化的大长宽比仿星器中，镜比接近1，$\sqrtν$区域发生在一个碰撞间隔中，该间隔取决于与全向$δ$：$δ^2 |\ln δ| \ll ν_{ii} R a/ρ_i v_{ti} \ll 1$的偏差。
2022-09-02 physics.plasm-ph
First-principles based plasma profile predictions for optimized stellarators
在这封信中，首次提出了计算机模拟预测现代优化仿星器的等离子体分布-同时自洽地保留新古典运输，具有3D效应的湍流运输和外部物理源。这些模拟利用了一个新开发的耦合框架，涉及全球陀螺湍流代码GENE-3D，新古典运输代码KNOSOS，和一维运输求解器TANGO。这个框架是用来分析最近观察到的能量约束在电子加热的等离子体中的Wendelstein 7-X仿星器，其中的中心离子温度被“钳位”到$T_i \approx 1.5$千电子伏，无论外部加热功率的退化。通过执行基于第一原理的模拟，我们提供了关键的证据来理解这种效果，即在一个有序度占主导地位的制度，这是加剧了大的$T_e/T_i$比率的电子和离子之间的低效的热耦合，并表明，一个更有效的离子热源，如直接离子加热，将增加轴上的离子温度。这项工作为使用高保真模型开发下一代仿星器铺平了道路，其中新古典和湍流传输同时优化。
2023-03-24 physics.plasm-ph
Particle transport after pellet injection in the TJ-II stellarator
我们研究了低温弹丸注入仿星器等离子体中粒子的径向输运。通过微扰实验，我们估计了实验粒子通量，并与新经典模拟结果进行了比较。实验证据获得的事实，即在螺旋装置的核心耗尽可以减慢，甚至由丸粒，不达到核心区域。这一现象被DKES和FORTEC-3D的新古典预测很好地捕捉到。
2017-03-28 physics.plasm-ph
Prevention of core particle depletion in stellarators by turbulence
针对大型仿星器核心新经典输运理论预测与实验密度分布不符的问题，研究发现湍流对粒子通量的贡献可解释该差异，表明相关理论数值工具趋于成熟，支撑装置与反应堆运行方案设计。
2023-11-08 physics.plasm-ph
On the accessibility of stable reactor operating regimes in quasi-symmetric stellarators
University of Wisconsin - Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究在准对称磁镜中低β态的可及性，揭示高场低压力下输运状态的突然转变及其对磁镜设计的影响。
2025-12-26 physics.plasm-ph
Electron root optimisation for stellarator reactor designs
提出了一种优化仿星器装置以利于径向电场电子根解的方法，该方法可避免重杂质积累、改善热离子约束和氦灰排气并可能减少湍流，且在准等向同性仿星器中实现了真空与有限等离子体压力配置的优化。
2024-05-20 physics.plasm-ph
Combination of quasi-isodynamic and piecewise omnigenous magnetic fields
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（CIEMAT国家聚变实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Center for Computational Mathematics, Flatiron Institute（平顶山研究所计算数学中心）
本文提出QI-pwO场，结合准等磁性和分段全磁性，实现低场区域的准等磁性与高场区域的优化，提升磁约束性能。
2026-03-12 physics.plasm-ph
Critical gradient turbulence optimization toward a compact stellarator reactor concept
该研究以离子温度梯度模临界起编为优化目标，将湍流约束纳入仿星器设计，得到一种线圈简单、热通量显著降低且兼具低新经典输运、良好α约束和近2% β下Mercier稳定性的紧凑准螺旋对称位形。
2023-10-06 physics.plasm-ph
Quasi-isodynamic stellarators with low turbulence as fusion reactor candidates
提出一种设计反应堆级仿星器磁场的新方法，结合等离子体稳定性、快速粒子约束和湍流降低，解决限制Wendelstein 7-X性能的问题，为聚变能源应用提供候选方案。
2024-05-30 physics.plasm-ph
Stellarator impurity flux driven by electric fields tangent to magnetic surfaces
杂质积累的控制是未来仿星器聚变反应堆的主要挑战之一。解释这种积累的标准论点依赖于，原则上，由仿星器中典型的负径向电场引起的新古典杂质通量的大向内收缩。这种简化的解释被证明是有缺陷的Helander等人。118，155002（2017）]，其表明在相关区域（低碰撞性主离子和碰撞杂质）中，径向电场不驱动杂质输运。在该参考文献中，不包括与磁表面相切的电场分量的影响。在这封信中，分析计算的新经典径向杂质通量，包括这种效果，表明它可以是非常强的高电荷杂质，一旦考虑到它，依赖于径向电场的杂质通量重现。提供了现实的例子，其中包括的切向电场导致杂质驱逐。
2018-10-16 physics.plasm-ph
Physics design point of high-field stellarator reactors
基于高温超导体的电磁体的持续发展导致了对托卡马克型高磁场聚变反应堆的概念探索，其在10 T以上的轴向场下操作。在这项工作中，我们探讨了高场三维电磁铁的物理设计点仿星器反应堆的潜在未来可用性的后果。我们发现，当使用磁场强度$B$的增加来最大限度地减小器件线性尺寸$R\sim B^{-4/3}$（具有其他固定的磁几何形状）时，物理设计点在很大程度上与所选择的场强/器件尺寸无关。类似程度的优化是强加在该系列反应堆设计点的磁配置的磁流体动力学，运输和快速离子约束性能。此外，我们表明，家庭共享一个不变的操作地图的融合功率输出作为辅助功率和相对密度变化的函数。磁场过度设计的影响和$R(B)$标度的设计点与恒定的中子壁负荷进行了检查。在这项研究中，我们使用的几何参数的helias反应堆的特点，但大多数结果适用于其他仿星器配置
2021-12-25 physics.plasm-ph
Collisional transport of impurities with flux-surface varying density in stellarators
磁约束器件中的高Z杂质容易在磁通表面上产生密度变化，这会显著影响它们的输运。在本文中，我们概括了早期的分析仿星器计算的新古典径向杂质通量的混合碰撞制度（碰撞杂质和低碰撞散装离子），包括这种通量表面变化的影响。我们发现，只有在均匀密度的情况下，是高度碰撞杂质的运输（在普菲尔施-施吕特制度）独立的径向电场。我们研究这些影响的文德尔斯坦7-X（W7-X）真空场，与简单的分析模型的潜在扰动，假设的杂质密度是由玻尔兹曼响应扰动的潜力。在研究的W7-X的情况下，我们发现，较大幅度的电位扰动导致的径向电场占主导地位的杂质的运输。此外，我们发现在W7-X中，经典杂质输运可以大于新经典输运。
2019-06-09 physics.plasm-ph
Initial evaluation of miniature ultra-high-field commercial stellarator reactors with breeding external to resistive coils
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（国家聚变实验室，CIEMAT）；Departamento de Física, Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学物理系）；Oak Ridge National Laboratory (ORNL)（橡树岭国家实验室）；University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究小型等离子体体积超高强度脉冲商业星形反应堆的运行参数和挑战，该反应堆的breeding外部于阻尼线圈（transposed stellarator），可能在极小且简单的设备中产生商业热量和电力，为燃烧等离子体的知识做出贡献。
2026-05-21 physics.plasm-ph
Incompressibility of Impurity Flows in Low Density TJ-II Plasmas and Comparison with Neoclassical Theory
在TJ-Ⅱ仿星器上用电荷交换复合谱（CXRS）测量了完全电离碳的极向和环向速度。我们对3D几何形状进行了详细的处理，并表明在同一通量表面的不同位置进行的流量测量与所研究的低密度等离子体的流量不可压缩性（线平均电子密度$\bar{n}_e\,\le\,10^{19}$ m $^{-3}$）兼容。此外，与新古典计算的比较表明，在没有外部动量输入的情况下，与测量的径向电场和离子自举平行流的定量协议。
2012-09-27 physics.plasm-ph
Energetic particle transport in optimized stellarators
九个仿星器配置，三个准轴对称，三个准螺旋对称和三个非准对称的ARIES-CS尺寸和分析的高能粒子含量。在高能粒子约束方面表现最好的配置也在新经典Γ c度量上表现最好，该度量试图将第二绝热不变量的轮廓与通量表面对齐。同时在Γ c和准对称上表现良好的准对称配置具有最佳的整体约束，碰撞损失低于3%，接近具有铁素体插入件的ITER的性能。
2021-06-01 physics.plasm-ph
yancc: A GPU-accelerated, differentiable solver for neoclassical transport in tokamaks and stellarators
Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）
研究针对托卡马克和仿星器中经典输运问题，提出GPU加速可微求解器yancc。通过结合多种离散化方法求解漂移动力学方程，具有完全可微性。与其他代码基准测试显示其准确性高、速度快且内存占用低，适合用于仿星器相关优化等工作流程。
2026-07-24 cs.NA math.NA 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
Coil geometry with large openings for a HSR3-like stellarator reactor for fast replacement of in-vessel components
本文提出一种三周期HSR3仿星器反应堆线圈几何，通过将类直线扇区外侧线圈远离等离子体布置形成大开口，以支持大型包层和偏滤器模块的远程快速更换。
2025-01-08 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
Spectrally accurate, reverse-mode differentiable bounce-averaging algorithm and its applications
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Andlinger Center for Energy and the Environment, Princeton University（普林斯顿大学安德林格能源与环境中心）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
提出一种快速、频谱精确、自动可微的弹跳平均算法，用于简化动力学模型，并首次通过反向模式微分优化有限β仿星器以降低新经典波纹输运。
2026-06-16 physics.plasm-ph
MONKES: a fast neoclassical code for the evaluation of monoenergetic transport coefficients
MONKES 是一种快速、准确的新经典代码，用于评估仿星器中的单能输运系数，可在单核上约一分钟内完成计算，支持优化自举电流并集成到输运套件中。
2024-11-11 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Reduction of electrostatic turbulence in a quasi-helically symmetric stellarator via critical gradient optimization
我们提出了一个仿星器配置优化的大阈值（“临界梯度”）的离子温度梯度（ITG）驱动模式，实现了最大的临界梯度，我们已经看到在任何仿星器的开始。在此阈值以上，陀螺动力学模拟表明，该配置具有低湍流水平的实验相关范围内的驱动强度。所应用的优化旨在最大限度地提高漂移曲率，从而增强局部剪切稳定的环形ITG模式，以及相关的湍流。这些优点与优秀的准对称性相结合，产生低的新古典输运和极小的α粒子损失。由此产生的配置分析表明，磁流体动力学（MHD）和ITG稳定性之间的权衡。
2022-11-10 physics.plasm-ph
Enhanced performance in quasi-isodynamic max-$J$ stellarators with a turbulent particle pinch
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（德国马普等离子体物理研究所）
本文提出SQuID-τ装置，通过湍流内输运实现密度峰，提升性能并放松反应堆设计约束。
2026-04-21 physics.plasm-ph
CIEMAT-QI4X: a reactor-relevant quasi-isodynamic stellarator configuration compatible with an island divertor
CIEMAT（西班牙核能研究中心）；Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（CIEMAT聚变国家实验室）
CIEMAT-QI4X是一种适用于反应堆的准等同磁约束环形装置配置，具备良好的快离子约束和与岛状分流器兼容的边缘结构。
2025-12-09 physics.plasm-ph
Direct Microstability Optimization of Stellarator Devices
本研究提出将仿星器优化与线性回旋动理学模拟耦合，通过在每步计算并最小化准线性热通量与偏离准对称性程度之和，高效降低湍流热通量，实现新经典与湍流输运代理指标的平衡。
2024-08-29 physics.plasm-ph
Impurities in a non-axisymmetric plasma: transport and effect on bootstrap current
杂质引起辐射损失和等离子体稀释，在仿星器等离子体中，新经典双极径向电场通常不利于避免强杂质峰。在这项工作中，我们使用了一个新的连续漂移动力学求解器，SFINCS代码（Stellarator Fokker-Planck Iterative Neoclassical Conservative Solver）[M。Landreman等人，Plasmas 21（2014）042503]，其采用完全线性化的Fokker-Planck-Landau算子来计算Wendelstein 7-X（W7-X）磁配置的新经典杂质输运系数。我们比较SFINCS计算与理论渐近线在高碰撞极限。我们观察并解释了1/nu标度的物种间的径向输运系数在低碰撞性，由于在物种间的碰撞运营商，这是没有发现与简化的碰撞模型，即使当动量修正。然而，如果存在径向电场，则这种类型的缩放消失。我们还利用SFINCS分析了杂质含量对新经典杂质动力学和自举电流的影响。我们表明，为了统一的等离子体有效电荷Zeff的变化可以影响自举电流足以导致偏滤器撞击点位置的偏差。
2015-11-20 physics.plasm-ph
Investigation of Neoclassical Tearing Mode Detection by ECE Radiometry in Tokamak Reactors via Asymptotic Matching Techniques
该研究利用TJ程序结合渐近匹配方法模拟ITER类托卡马克中NTM的磁结构与电子温度扰动，并开发考虑相对论效应的模拟ECE诊断以预测检测信号。
2025-07-28 physics.plasm-ph
Experimental confirmation of efficient island divertor operation and successful neoclassical transport optimization in Wendelstein 7-X
我们介绍了世界上最先进的仿星器Wendelstein 7-X最近运行阶段的最新亮点。具有良好的颗粒排出、低杂质含量和超过100 ms的能量约束时间的稳定分离已经维持了数十秒。丸粒加燃料允许具有减少的ITG湍流的等离子体阶段，并且在这样的阶段期间，整体约束是如此良好（能量约束时间通常超过200 ms），使得在不太优化的设备中不可能获得密度和温度分布，因为它们将具有超过W7-X中施加的加热的新古典传输损耗。这证明了通过磁场优化减少新经典输运是成功的。W7-X等离子体通常表现出良好的杂质屏蔽和高等离子体纯度，但有证据表明，在抑制双折射阶段，杂质限制时间较长。
2021-06-01 physics.plasm-ph
Optimization of the Compact Stellarator with Simple Coils at finite-beta
针对基于真空优化的CSSC仿星器存在的有害有限β效应问题，研究通过单阶段调整其线圈电流的方法，大幅缓解了有限β对新经典约束的不利影响，实现了有限等离子体β下的优化仿星器。
2025-10-30 physics.plasm-ph
Optimised stellarators with a positive radial electric field
通过优化仿星器磁场几何，在等离子体核心产生正径向电场以排出高电荷杂质，并在外侧形成剪切流抑制湍流，从而提升约束性能。
2024-05-29 physics.plasm-ph
Electrostatic potential variations along flux surfaces in stellarators
本文首次观测了环形磁约束装置磁通面内的静电势变化。测量在TJ-II仿星器与两个遥远的朗缪尔探针阵列。在电子根波加热的等离子体中，边缘浮置电位显示出几十伏的差异。在等离子体边缘形成离子根电场后，对于较高的密度和较低的电子温度，差异减小。新古典蒙特卡罗模拟估计正确的数量级的整体变化的潜力和预测的趋势观察到的径向电场。然而，对于探针的特定位置，模拟给出的差异小于实验观察到的差异。
2014-12-12 physics.plasm-ph
Reactor-scale stellarators with force and torque minimized dipole coils
本研究利用自动微分和新的线圈目标首次大规模优化平面偶极线圈阵列，通过消融研究验证了最小化线圈方向与位置的必要性，并联合优化非平面TF线圈与平面阵列为三种反应堆规模准对称仿星器提供了解决方案。
2025-04-28 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Optimization of stellarator configurations combining omnigenity and piecewise omnigenity
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（聚变国家实验室，CIEMAT）；USTC（中国科学技术大学）
本文提出了一种结合全向性和分段全向性的磁镜配置优化方法，通过映射技术实现高场侧近似，并展示了其在磁阱兼容性和输运特性方面的优势。
2026-03-12 physics.plasm-ph
Optimization of Nonlinear Turbulence in Stellarators
本文提出在优化循环中耦合GX与DESC代码，利用非线性回旋动理学模拟和SPSA方法直接优化仿星器平衡位形以降低湍流热通量，并验证其对宏观输运的改善。
2024-02-23 physics.plasm-ph
Optimization of quasisymmetric stellarators with self-consistent bootstrap current and energetic particle confinement
准对称性可以大大改善仿星器中高能粒子和热等离子体的约束。准对称仿星器在高等离子体压力下的磁场受自举电流的影响很大，但精确仿星器自举计算的计算成本已经排除了在优化内部使用。在这里，一个新的有效的方法证明了优化的准对称仿星器配置，使自举电流分布是一致的几何形状。该方法是基于这样一个事实，即所有准对称的新古典现象是同构的轴对称。因此，托卡马克中自举电流的精确公式，可以快速评估，也可以应用于仿星器。该预测的平行电流和磁流体动力学平衡中的实际平行电流之间的偏差在目标函数中被惩罚，并且平衡的电流分布被包括在参数空间中。从而获得具有显著压强的准对称结构，具有自洽的自举电流和良好的约束。在许多仿星器的聚变产生的α粒子约束的比较中，新的配置比许多以前的设计具有显着更低的α能量损失。
2022-07-26 physics.plasm-ph
Reduced turbulent transport in the quasi-isodynamic stellarator configuration CIEMAT-QI4
本文通过含动力学离子与电子的 stella 非线性静电模拟，证明准等动力学仿星器 CIEMAT-QI4 具有降低的湍流输运，并探讨其与近似满足 maximum-J 性质的关系。
2024-09-10 physics.plasm-ph
Equilibrium of a simplified coil quasi-axisymmetric stellarator: Free boundary approach
本文采用自由边界方法，利用DESC求解器对简化线圈准轴对称仿星器进行平衡和优化，通过最小化有效波纹幅度降低新经典输运，展示了真空场和有限压力下的准轴对称位形。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Validation of a Comprehensive First-Principles-Based Framework for Predicting the Performance of Future Stellarators
本文验证了耦合 GENE、KNOSOS 与 Tango 的多时间尺度模拟框架，在 W7-X 方案中准确复现稳态剖面和湍流趋势，为仿星器性能预测提供可靠工具。
2025-03-11 physics.plasm-ph
Piecewise omnigenous stellarators
本文提出分段全向性仿星器新优化场族，在存在过渡粒子的同时实现类托卡马克碰撞能量输运，从而大幅拓展反应堆相关位形空间。
2024-09-03 physics.plasm-ph
Construction of Quasisymmetric Stellarators Using a Direct Coordinate Approach
优化仿星器配置和他们的分析性质得到使用近轴展开方法。这样的配置是与良好的约束，引导中心粒子轨迹和新古典输运是同构的托卡马克。这使得它们作为聚变反应堆候选者具有吸引力。使用直接坐标的方法，其中的磁场和通量面函数被发现明确的位置矢量在连续的订单中的距离轴，一阶和二阶准对称的常微分方程组推导出来。准轴对称形状的例子构造使用伪谱数值方法。最后，直接坐标的方法是用来独立验证两个假设通常与准对称磁场，即方程的数量超过了在第三阶的扩展和近轴扩展的参数的数量不禁止精确的准对称实现在一个单一的通量表面。
2020-03-13 physics.plasm-ph
Stellarator optimization for good magnetic surfaces at the same time as quasisymmetry
提出了一种优化仿星器几何结构的方法，在消除磁岛的同时，实现了仿星器的其他物理特性。对于许多已经在仿星器优化中使用的物理量，包括准对称性，新古典输运和磁流体动力学稳定性，使用确保磁表面存在的磁平衡表示是方便的。然而，这种表示隐藏了磁岛的可能存在，这通常是不希望的。为了在单个优化中包括基于表面的目标和岛宽度，在优化的每次迭代中运行两个固定边界平衡计算：一个是强制磁表面的存在（VMEC [S.赫什曼和J. C. Whitson，Phys.Fluids 26，3553（1983）]），和一种不这样（SPEC [S. R. Hudson等人，Phys.Plasmas 19，112502（2012）]）。通过惩罚目标函数中的岛残基，在优化期间使两个磁场表示一致。一个例子中，特别是在表面上的准对称的目标，准对称实现更准确地比以前公布的例子。
2021-06-28 physics.plasm-ph
Damping of radial electric field fluctuations in the TJ-II stellarator
漂移动力学方程求解低密度TJ-II等离子体采用缓慢变化，随时间变化的配置文件。这允许模拟密度斜升实验，并从第一原理描述的径向电场剪切，这是相关的电子到离子根的过渡的形成和物理。我们表明，在实验中观察到的纬向流的等离子体势波动的频率范围是新古典无阻尼的过渡附近。这使得电子根政权的仿星器，接近过渡到离子根，一个有利的制度，为研究带状流的演变。我们提出了模拟无碰撞松弛的纬向流，在这个意义上的Rosenbluth和Hinton测试，表明振荡行为的定性协议的实验接近过渡。
2017-03-28 physics.plasm-ph
A single-field-period quasi-isodynamic stellarator
提出了一种单场周期准等动力仿星器构型。这种类似于扭曲带的结构是通过直接构造的方法获得的，也就是说，它是通过在距磁轴的距离上进行扩展而得到的。然而，它的发现依赖于一个额外的步骤，包括数值优化，在由一组可调磁场参数定义的近轴配置空间内进行。这种优化使用SIMSOPT代码在单个CPU核心上在30秒内完成，产生了具有出色限制的解决方案，如通过新古典传输的传统品质因数、有效波纹、适度的纵横比为8所测量的。描述了导致这种配置的优化参数，评估了其约束特性，并找到了一组磁场线圈。在低碰撞性下产生的传输比W7-X小得多，并且由于减少了场周期数，该设备需要的线圈数量显着减少。
2022-09-01 physics.plasm-ph
Robust stellarator optimization via flat mirror magnetic fields
本研究提出平面镜准等动力磁场位形，验证其在多种等离子体场景下具备良好的离子约束与低能量输运特性，为设计更鲁棒、易运行的仿星器反应堆提供了新路径。
2023-06-30 physics.plasm-ph
Piecewise omnigenous magnetohydrodynamic equilibria as fusion reactor candidates
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（CIEMAT 国家聚变实验室）；Universidad Carlos III, Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Princeton University, New Jersey, USA（美国新泽西州普林斯顿大学）
本文提出一种满足理想磁流体动力学平衡方程的分段全向仿星器磁场配置，实现了前所未有的分段全向性，从而在降低径向输运、自举电流和快离子损失的同时保持磁流体动力学稳定性，满足可行聚变反应堆候选的物理标准。
2026-06-02 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
Direct construction of optimized stellarator shapes. II. Numerical quasisymmetric solutions
准对称仿星器是吸引人的智力和聚变反应堆的候选人，因为指导中心的粒子轨迹和新古典运输同构的托卡马克，这意味着良好的约束。以前，准对称磁场已经通过应用黑盒优化算法来最小化磁场强度$B$的破环傅立叶模式来识别。在这里，我们直接构建磁场在圆柱坐标系中，是准对称的领先顺序的距离，从磁轴，而不使用优化。该方法涉及最初由Garren和Boozer [Phys.Fluids B 3，2805（1991）]导出的一维非线性常微分方程的解。我们证明了这种无优化方法的有用性和准确性，通过提供这种构造的结果作为代码VMEC和BOOZ_XFORM的输入，确认了磁谱的纯度和缩放。这个数量级的准对称磁场的空间由磁轴形状和其他三个实数参数化，其中一个反映了轴上的环形电流密度，另一个是仿星器对称性的零。这里的方法可以用来产生良好的初始条件，为传统的优化，其速度可以穷举搜索的参数空间。
2018-12-04 physics.plasm-ph
