Using the local gyrokinetic code, GS2, to investigate global ITG modes in tokamaks. (I) s-$α$ model with profile and flow shear effects
本文结合本地gyrokinetic代码与分析理论的结果重建的线性不稳定的离子温度梯度（ITG）模式与绝热电子的全球本征模结构。本文采用s-$α$托卡马克平衡模型进行模拟.使用GS 2在径向表面x的范围内进行了局部回转动力学计算，并且对于在范围- $π {\leq} p {\leqπ}$内的气球状相位角p，绘制出复局部模式频率${Ω_0(x, p) = ω_0(x, p) + iγ_0(x, p)}$。假设驱动器的二次径向轮廓，即${η_i = L_n/L_T}$（保持所有其它平衡轮廓例如安全系数、磁剪切等恒定），${Ω_0(x, p)}$有一个稳定点。重建的全局模式位于托卡马克等离子体的外侧中平面上，并且被称为常规或孤立模式，具有全局增长率$γ$ ~ Max[ ${γ_0(x, p)}$ ]，其中${γ_0(x, p)}$是局部增长率。考虑到其他平衡剖面中的径向变化（例如安全系数q（x）），消除了${Ω_0(x, p)}$中的稳定点，并导致峰值略微远离外侧中平面的模式，同时降低了全局增长率。最后，还通过多普勒频移（${ω_0 \rightarrow ω_0 + nΩ^{\prime}x}$）研究了流动剪切的影响，其中n是环形模数，${Ω^{\prime}}$包含了流动剪切的影响。平衡剖面的变化介绍了一个不对称的增长率谱相对于${Ω^{\prime}}$的符号，与最近的全球gyrok…
2014-08-04 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
采用全局电磁回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了磁约束等离子体中Alfvén模（AM）与离子温度梯度（ITG）湍流之间的自洽相互作用.在这里，一个轴对称的磁平衡与反向剪切和大的纵横比被认为是。通过引入超热离子群，使环模数n=5的AM不稳定。一旦AM在充分发展的湍流的存在下饱和，离子热通量由AM及其主要谐波主导。ITG诱导的运输也被发现在不稳定的AM的存在下增强。
2019-12-19 physics.plasm-ph
Using a local gyrokinetic code to study global ITG modes in tokamaks
本文将局部回旋动力学程序GS 2的结果与解析理论相结合，得到了托卡马克等离子体中线性离子温度梯度（ITG）模的整体模结构。使用GS 2对一系列径向通量表面${x}$和气球状相位角${p}$进行局部回转运动计算，以绘制出单个环形模式数${n}$的局部复模式频率${Ω_{0}(x,p)=ω_{0}(x,p)+iγ_{0}(x,p)}$。将${Ω_{0}}$关于${x=0}$进行泰勒展开，并采用傅里叶气球表示，得到了振幅包络的二阶常微分方程${A\left(p\right)}$，它描述了如何将局部结果组合起来形成全局模式。我们采用所谓的CYCLONE循环米勒均衡模型的基本情况。假设${a/L_{T}}$和${a/L_{n}}$的径向变化曲线在${x=0}$处达到峰值，并且所有其他平衡曲线保持不变，则发现${Ω_{0}(x,p)}$具有一个稳定点。重建的全局模式位于托卡马克的外侧中平面，全局增长率为${γ\sim}$ Max ${\left[γ_{0}\right]}$。包括径向变化的其他平衡配置文件，如安全系数和磁剪切，导致一个模式，峰值远离外侧中平面，全球增长率降低。最后，还通过引入多普勒频移${ω_{0} \rightarrow ω_{0} - nΩ_ϕ^{\prime} x}$研究了环向流剪切的影响，其中${Ω_ϕ}$是平衡环向流，撇号表示径向导数。平衡剖面的变化引入了一个不对称的…
2015-10-06 physics.plasm-ph
Local Gyrokinetic Collisional Theory of the Ion-Temperature Gradient Mode
本文研究了离子温度梯度（ITG）模的线性性质，其中碰撞模型由线性化的回旋运动（GK）库仑碰撞算符（Frei et al. 2021）在局部极限下模拟。这项研究是基于厄米-拉盖尔多项式扩展的扰动离子分布函数的线性化GK玻尔兹曼方程，产生一个层次的耦合方程的膨胀系数，称为陀螺力矩。我们探讨分析的碰撞和高碰撞的限制的陀螺力矩的层次。参数扫描显示的ITG增长率的依赖性的碰撞性的报告，在小尺度上的碰撞性的增加，表现出较强的阻尼。这些属性进行了比较与预测的基础上的Sugama，动量守恒的俯仰角散射，赫什曼-西格玛-克拉克，和Daughthorn碰撞运营商。有限Larmor半径（FLR）项在碰撞算子的重要性是指出了一个短波长（SW）ITG分支时，碰撞FLR项被忽略的外观，这个分支被完全抑制碰撞FLR效应。我们表明，能量扩散是重要的，在高碰撞性和小尺度的长度，在这项工作中考虑的碰撞运营商，GK Sugama碰撞运营商产量，在一般情况下，最小的偏差ITG增长率相比，GK库仑碰撞运营商。陀螺力矩法的收敛性研究报告。
2022-01-11 physics.plasm-ph
Energetic particles, Shafranov shift and finite $β$ effects on TAE, KBM and ITG instabilities in global electromagnetic gyrokinetic simulations
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；De Vinci Higher Education（德文奇高等教育）；University of Warwick（华威大学）
本文研究了强动能梯度和小比例的融合生高能粒子对等离子体稳定性的影响，通过全球gyrokinetic代码ORB5分析了Alfvén特征模、离子温度梯度模和动能气球模的线性和非线性稳定性，探讨了Shafranov位移和有限β效应的作用。
2026-09-07 physics.plasm-ph
The energetic coupling of scales in gyrokinetic plasma turbulence
从自由能交换的角度分析了磁化等离子体湍流中由于非线性相互作用而引起的垂直空间尺度的耦合。在这里考虑的等离子体，适当的离子或电子绝热电中性响应，所描述的回旋形式主义的环形磁几何。由于温度梯度不稳定性（离子温度梯度（ITG）或电子温度梯度（ETG））驱动的静电涨落，湍流发展。该分析包括将系统分解成一系列尺度结构，同时分别考虑具有特殊对称性的模式（例如，纬向流模式）。这些尺度的相互作用进行了分析，使用能量传递函数，包括向前和向后的分解，尺度通量和局部功能。ITG和ETG情况之间的比较表明，ETG湍流具有更明显的经典湍流行为，表现出更强的能量级联，与gyrokinetic湍流建模的影响。
2014-07-03 physics.plasm-ph
Calculating the linear critical gradient for the ion-temperature-gradient mode in magnetically confined plasmas
提出了一种计算线性陀螺动力学中离子温度梯度模式（ITG）起始临界温度梯度的第一性原理方法。我们发现，在托卡马克研究中以前调用的连接长度的传统概念，应修改和广义相关长度来解释仿星器的发病。简单的数值实验和gyrokinetic理论表明，本地化的“尖峰”剪切，仿星器几何的一个标志，一般不足以约束模式的平行相关长度。还观察到ITG模式，其在具有由峰值漂移曲率设定的临界梯度的不良漂移曲率井内局部化。一个案例研究的近螺旋形仿星器的增加场周期表明，临界梯度确实可以通过操纵磁几何控制，但强调需要一个一般的框架来评估临界梯度。我们的结论是，平均曲率和全球剪切设置的相关长度的共振ITG模式附近的绝对临界梯度，其中的物理是通过直接解决方案的gyrokinetic方程。我们的方法，处理一般的几何形状，比传统的gyrokinetic求解器更有效，可以应用到未来的仿星器ITG湍流优化研究。
2021-04-27 physics.plasm-ph
Gyrokinetics investigations of an I-mode pedestal on Alcator C-Mod
由于I模基座不受MHD不稳定性的“限制”，因此I模对于ELMs是自然稳定的，并且宽度大于EPED的预测，因此I模是研究磁流体中漂移微不稳定性作用的极好实验室。本文基于Gyrokinetic模拟（使用GENE）对C-Mod中I模电子的涨落和热输运进行了模拟研究，发现C-Mod I模上观察到的弱相干模是静电离子温度梯度/杂质密度梯度（ITG/杂质）驱动模。ITG/杂质模式匹配频率和杂质限制时间上观察到的I-模式。非线性ETG模拟可以在实验误差范围内将实验热通量与轮廓调整很好地匹配。模拟，不同的杂质水平（Zeff）和温度和密度分布（实验误差范围内），用于探测波动和运输的敏感性。
2020-05-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Studies of Microinstabilities in the RFP
一个解析平衡，环面贝塞尔函数模型，被用来与gyrokinetic代码GYRO一起研究在反向场箍缩（RFP）等离子体中的微不稳定性的性质。研究了归一化电子等离子体压力β对微不稳定性特性的影响。当β值约为4.5%时，离子温度梯度（ITG）驱动模和微撕裂模之间的转变成为主要的不稳定性。ITG模的抑制发生在托卡马克中，通过耦合到剪切阿尔芬波，由于较短的并联长度，稳定性的临界β高于其托卡马克等效装置。有一个陡峭的依赖性的微撕裂增长率的温度梯度表明高轮廓刚度。有证据表明存在一种无碰撞的微撕裂模式。研究了该模式的性质，发现曲率漂移在该模式的不稳定性中起着重要作用。
2013-01-19 physics.plasm-ph
Electrostatic gyrokinetic simulations in Wendelstein 7-X geometry: benchmark between the codes stella and GENE
第一个实验活动已经证明，由于新古典输运方面的磁结构的优化，湍流的贡献是必不可少的理解和预测的总粒子和能量传输在Wendelstein 7-X（W7-X）。这促使人们在陀螺动力学建模方面做了大量工作，以解释现有的实验结果，并为下一次活动做准备。与此同时，新的仿星器陀螺动力学代码已经或正在开发中。因此，希望有一个足够完整的，文件和验证的W7-X几何的陀螺动力学模拟，新的代码或现有代码的升级，可以测试和基准。本文试图提供这样一组模拟的形式，最近开发的代码斯特拉和成熟的代码基因之间的一个全面的基准。该基准测试包括W7-X磁几何中的静电回旋动力学模拟，包括不同的通量管、线性离子温度梯度（ITG）和捕获电子模式（TEM）稳定性分析、线性带状流响应的计算以及ITG驱动的热通量的计算。
2021-07-13 physics.plasm-ph
Modification of ion-temperature-gradient turbulence by impurities in stellarator plasmas
该研究解析推导了仿星器等离子体中杂质对离子温度梯度增长率的修正表达式，经线性模拟验证其标度与作用条件预测准确，且该表达式与非线性模拟的湍流热通量修正结果显著相关。
2025-10-22 physics.plasm-ph
Verification of a Fully Implicit Particle-in-Cell Method for the $v_\parallel$ Formalism of Electromagnetic Gyrokinetics in the XGC Code
在XGC中实现了一种全隐式的粒子网格法来处理电磁陀螺动力学的$v_\parallel$形式。通过选择$v_\parallel$ -形式主义，我们避免了在安培定律中引入非物理皮肤项，这些皮肤项是$p_\parallel$ -形式主义中众所周知的"取消问题”的原因。然而，$v_\parallel$ -形式主义，是已知的，遭受从一个数值不稳定性时，显式的时间积分方案是由于在粒子运动方程的时间导数的外观从感应分量的电场。在这里，使用传统的$δf$计划，我们证明了我们的隐式离散算法可以提供数值稳定的模拟结果与准确的色散特性。我们使用剪切阿尔文波传播的测试情况下，除了证明ITG-KBM过渡的情况下，验证该算法。ITG-KBM过渡的情况下，从其他$δf$ gyrokinetic代码/计划，其验证已经存档在文献中获得的结果进行了比较。
2021-06-12 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the effects of magnetic islands on microturbulence in KSTAR
该研究通过回旋动理学模拟揭示 KSTAR 中磁岛增强 ITG 湍流粒子与热输运的机制，并在频谱和波矢谱上与实验定量吻合。
2025-01-08 physics.plasm-ph
On the mutual effect of ion temperature gradient instabilities and impurity peaking in the reversed field pinch
在反场箍缩装置RFX-mod中，考虑了杂质的存在对离子温度梯度（ITG）不稳定性和湍流的回旋动力学计算的影响。该装置通常表现出中空的碳/氧分布，在外芯区域达到峰值。我们描述了杂质在ITG模式不稳定中的作用，并分析了ITG湍流是否与它们的实验梯度相容。
2011-10-21 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
Nonlinear entropy transfer via zonal flows in gyrokinetic plasma turbulence
The Graduate University for Advanced Studies（高级研究大学院大学）；Faculty of Arts and Sciences, Komazawa University（驹泽大学文理学部）；National Institute for Fusion Science（核聚变科学研究所）
研究了回旋湍流中非线性熵转移过程，揭示各向同性流对输运调节的作用及不同湍流类型间的熵转移差异。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic global simulation of Alfvenic ion temperature gradient mode in reversed magnetic shear
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）
使用陀动理学粒子-网格模拟系统研究了反向磁剪切磁约束聚变等离子体中由温度梯度驱动的电磁不稳定性，识别出一种弱剪切阿尔芬离子温度梯度模（WSAITG），并发现其由通行粒子共振驱动。
2026-05-29 physics.plasm-ph
Impurity transport in ITG and TE mode dominated turbulence
本文采用流体模型和回旋动力学模型，研究了离子温度梯度（ITG）模和俘获电子（TE）模驱动下氘托卡马克等离子体中的湍流杂质输运。计算了杂质扩散系数（$D_Z$）和对流速度（$V_Z$），并由此导出了零通量峰因子（$PF_0$）。这个量表示杂质密度梯度，在该浓度梯度下，杂质的对流和扩散输运精确平衡。$PF_0$的符号特别重要，因为它决定了杂质是受到向内（$PF_0 > 0$）还是向外（$PF_0 < 0$）夹点的影响。
2010-12-20 physics.plasm-ph
Effects of radial electric field on ion temperature gradient driven mode stability
利用回旋动力学理论和考虑环形效应的气球模理论，研究了在给定径向电场作用下离子温度梯度驱动模（ITG）的局域稳定性。研究发现，零频率径向电场诱导的极向旋转能显著稳定ITG，而由于有限轨道宽度效应的修正，相关的密度扰动对ITG稳定性影响很小.然而，由于ZFZF的均匀对称密度调制，平行模结构受到轻微影响。
2021-03-17 physics.plasm-ph
Zonally dominated dynamics and Dimits threshold in curvature-driven ITG turbulence
利用二维长波流体模型研究了由离子温度梯度不稳定性驱动的湍流饱和状态，该模型描述了在具有恒定曲率（$Z$ -箍缩）和平衡温度梯度的磁场中扰动的静电势和扰动的离子温度.数值模拟揭示了一个定义良好的过渡有限振幅饱和状态为主的强带状流和带状温度扰动，和爆破状态，未能饱和的盒子独立的规模。我们认为，这种转变是相当于迪米特过渡从低运输到高运输状态中看到的gyrokinetic数值模拟。一个准静态的阶梯状结构的温度梯度交织的纬向流，其中有块式恒定剪切，出现附近的迪米特阈值。湍流热通量在低碰撞性近边缘状态为主的湍流爆发，触发的相干长寿命的结构非常相似的陀螺模拟与施加平衡流剪切。低传输Dimits制度的打破与系统中两个不同的极向动量源之间的竞争有关-雷诺应力和由$\boldsymbol{E}\times\boldsymbol{B}$流引起的反磁流平流。通过对线性ITG模的分析，得到了大碰撞度下Dimits阈值的半解析模型。
2020-07-16 physics.plasm-ph
Energy exchange between electrons and ions driven by ITG-TEM turbulence
本文研究了ITG-TEM湍流中电子与离子能量交换机制，揭示了能量转移方向与熵平衡的关系，并提出了一种新的能量交换分析方法。
2025-12-17 physics.plasm-ph
Ion temperature gradient turbulence in helical and axisymmetric RFP plasmas
利用回旋动力学方法研究了反向场箍缩装置中螺旋和轴对称等离子体状态下离子温度梯度（ITG）引起的湍流。系统地比较了两种磁配置，线性和非线性，以评估几何形状的不稳定性和随之而来的运输，以及生产的纬向流的影响。尽管其增强的限制，高电流螺旋状态表现出较低的ITG稳定性阈值相比，轴对称状态，和ITG湍流预计将成为一个重要的贡献者的总热传输。
2015-05-19 physics.plasm-ph
Gyrokinetic analysis and simulation of pedestals, to identify the culprits for energy losses using fingerprints
托卡马克装置中的聚变性能关键取决于边缘输运势垒（ETB）抑制能量损失的有效性。指纹的新概念被引入到识别的不稳定性，导致运输损失的ETB的许多今天的实验，从广泛假设的候选人。分析的回旋-麦克斯韦方程组，和实验的回旋模拟，发现每种模式类型产生的各种渠道的传输特性比：密度，热量和杂质。这与某些通道中传输的实验观察或通道驱动源的相对大小一起，可以识别或确定导致能量传输的主导模式。在多个ELMy H模式的情况下，检查，这些指纹表明，MHD类模式显然不是能量传输的主导因素;相反，这个角色是由微撕裂模式（MTM）和电子温度梯度（ETG）模式，此外，可能离子温度梯度（ITG）/陷阱电子模式（ITG/TEM）JET。类MHD模式可能主导电子粒子损失。波动频率也可以是一种重要的识别手段，而且往往与运输指纹密切相关。分析论点统一并解释了以前在多个设备上的不同实验观察，包括DIII-D，JET和ASDEX-U，并且两个DIII-D ETB的详细模拟也证明并证实了这一点。
2019-03-24 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
Dynamic Procedure for Filtered Gyrokinetic Simulations
为了减少计算量，对回旋等离子体湍流的大涡模拟进行了研究。一个动态的过程中实施的基因代码，允许动态优化的自由参数的LES模型（设置耗散项的振幅）。采用这样的LES方法，一个恢复自由能和热通量谱从高分辨率的直接数值模拟（DNS）。系统的比较进行不同的值的温度梯度和磁剪切，参数是最重要的离子温度梯度（ITG）驱动的湍流。此外，各向异性的问题，可以随参数变化的程度，可以适应动态的方法，显示陀螺大涡模拟（GyroLES）是一个严重的候选人，以减少数值成本的陀螺求解器。
2011-10-04 physics.plasm-ph
Generalized curvature modified plasma dispersion functions and Dupree renormalization of toroidal ITG
为了表达准线性理论中的Dupree重整化色散关系，引入了一种新的曲率修正等离子体色散函数的推广。例如，Dupree重正化色散关系的回旋，环形离子温度梯度驱动（ITG）模式，其中的Dupree的扩散系数被假定为一个低阶多项式的速度，可以写完全使用广义曲率修改等离子体色散函数：Knm的。使用这些，杜普利的制定重整化准线性理论的重新审视的环形ITG模式。已经使用迭代方案获得了作为速度的函数的杜普里扩散系数，首先通过假设扩散系数在每个v处是恒定的（即适用于慢相关性），然后将所得的v相关性以复多项式系数的形式代入Knm's中进行验证。该算法通常在几次迭代后迅速收敛。由于准线性计算依赖于波数谱的假定形式，特别是在其峰值附近，因此该方法的实用性有待于在实际应用中确定。
2019-06-12 physics.plasm-ph
Gyrokinetic GENE simulations of DIII-D near-edge L-mode plasmas
我们目前的陀螺动力学模拟的GENE代码解决的近边缘区域的L-模式等离子体在DIII-D托卡马克。在径向位置$ρ=0.80$，模拟与离子温度梯度增加$40\%$以上的标称值给出电子和离子的热通量，同时与实验一致。该梯度增加与$1.6 σ$水平下电荷交换色谱法（CER）测量的合并统计和系统不确定度$σ$一致。首次在近边缘采用真实的质量比和几何形状进行了多尺度模拟。这些多尺度模拟表明，通量匹配离子尺度模拟的高度不稳定的离子温度梯度（ITG）模式抑制电子尺度传输，使得离子尺度模拟在该位置是足够的。在径向位置$ρ=0.90$，非线性模拟显示了ITG和俘获电子模~（TEM）的混合态，这是线性模拟所没有预料到的。的非线性模拟再现总的实验热通量与列入$\mathbf{E} \times \mathbf{B}$剪切效应和增加的电子温度梯度的$\sim 23\%$。这种梯度的增加是兼容的组合统计和系统的不确定性的汤姆逊散射数据在$1.3 σ$水平。这些结果是一致的，与以前的研究结果，gyrokinetic模拟能够重现实验热通量通过改变输入参数接近他们的实验不确定性，推动验证前沿更接近边缘区域。
2019-10-28 physics.plasm-ph
High-beta runaway transitions in a fluid model of electromagnetic ion-temperature-gradient turbulence
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
基于回旋动理学推导出最小流体模型，研究等离子体beta超过临界值时湍流从带状流主导转变为径向细长流管态的机制，发现雷诺应力被麦克斯韦应力和抗磁应力压倒时发生转变，并得到应力比与beta和ITG的幂律标度。
2026-06-03 physics.plasm-ph
Comparison between measured and predicted turbulence frequency spectra in ITG and TEM regimes
在托卡马克堆芯反射计测量中观察到的不同峰值-称为准相干模（QCM）-被识别为捕获电子模（TEM）湍流的特征[H。Arnichand等人，2016年，血浆物理控制。Fusion 58 014037]。详细的线性和非线性陀螺动力学模拟使用\gene代码，这种现象进行了研究。研究了Tore-Supra密度扫描，其穿过线性（NST）到饱和（SOC）欧姆限制转变。分别模拟了SOC和SOC阶段。在观测到QCM的第二阶段，TEM在线性研究中被稳健地预测为不稳定的。在SOC阶段后期，不再观察到QCM，ITG模式被识别。在非线性模拟中，在ITG（SOC）阶段，可以看到宽带谱。在TEM（TEM）相中，观察到在TEM频率处的峰的明显出现。这是由于与ITG制度相比，TEM制度中的基本线性模式的非线性频率加宽减少。非线性模拟频谱的合成诊断再现了反射测量中观察到的特征。这些结果支持了核QCM作为TEM湍流实验标记的识别
2017-07-12 physics.plasm-ph
Linear simulation of ion temperature gradient driven instabilities in W7-X and LHD stellarators using GTC
全球陀螺动力学环形程序（GTC）最近已经升级，可以在非轴对称平衡位形（如仿星器）中进行模拟。利用GTC对Wendelstein 7-X（W7-X）和LHD（Large Helical Device）仿星器中离子温度梯度（ITG）驱动的不稳定性进行了线性模拟。讨论了仿星器中ITG特性的一些结果，包括环形网格收敛、n模数收敛、极向谱和平行谱，以及通量面上的静电势模结构。
2017-05-26 physics.plasm-ph
Non-local gyrokinetic model of linear ion-temperature-gradient modes
本文提出了保留非绝热电子的非局域线性离子温度梯度（ITG）漂移模理论，推广了[S。Moradi等人{ \em Phys. Plasmas} { \bf 18}，062106（2011）]。色散关系的推导来量化的分数速度运营商在福克-普朗克方程修改的温度梯度和非绝热电子上的实际频率和增长率的影响。解决色散关系，它是在这里示出的等离子体变得更加湍流，它偏离麦克斯韦分布，并成为Lévy分布。由此产生的等离子体的Lévy分布可以显著改变输运。分数阶导数对实频率的相对影响大于对ITG模增长率的相对影响。
2012-01-12 math-ph math.MP 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
Development and testing of an unstructured mesh method for whole plasma gyrokinetic simulations in realistic tokamak geometry
在这项工作中，我们制定和实施了一个混合的非结构化网格为基础的有限元（FE）傅立叶分解方案，在现实的托卡马克几何的陀螺动力学模拟。一个有效的粒子定位（粒子三角形映射）计划的电荷沉积和场散射使用一个中间网格作为搜索索引的三角形已实施和显着的加速由一个因素的$\sim30$被观察到的蛮力计划相比，一个中等大小的模拟。TRIMEG（TRIangular MEsh based Gyrokinetic）程序已经开发。作为应用，采用简化的回旋动力学Vlasov-Poisson模型模拟了离子温度梯度（ITG）模式。我们的模拟和使用ORB 5代码的DIII-D旋风的情况下，显示出合理的协议。作为一个附加的应用程序，ITG模拟使用ASDEX升级平衡已经进行了类似的旋风的情况下的密度和温度梯度分布。的TRIMEG代码的能力与现实的实验平衡在等离子体核心和在整个等离子体体积与开放场线的模拟。
2020-07-14 nucl-th physics.comp-ph physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of the impact of magnetic island on ion temperature gradient driven turbulence
本文利用全局回旋动理学模拟研究磁岛宽度对磁岛与离子温度梯度湍流多尺度相互作用的影响，揭示涡旋流、带状流及湍流输运随磁岛宽度的变化规律。
2023-06-09 physics.plasm-ph
Gyrokinetic turbulent transport simulations on steady burning condition in D-T-He plasmas
National Institute for Fusion Science, National Institutes of Natural Sciences（国立研究开发法人 国立科学研究所 核聚变科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies（高等研究院）；PRESTO, Japan Science and Technology Agency（日本科学技术振兴机构 PRESTO项目）；Graduate School of Engineering, Kyoto University（京都大学 工学研究科）
本文通过反磁动力学-Vlasov模拟研究了D-T-He等离子体中由ITG和TEM驱动的湍流输运，揭示了稳态燃烧条件下粒子流的不平衡现象，并首次识别了满足Reiter条件的剖面状态。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Minute-Scale High-Fidelity Gyrokinetic Simulations with Portability from Laptop to Supercomputer
Beijing VeloAlpha Technology Co., Ltd.（北京维奥阿尔法科技有限公司）；Future Energy Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学未来能源学院）；Max Planck Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
本研究在PIF框架下提出混合谱方法并应用于GTC静电模型，可将粒子模拟加速48倍以上，单n案例加速超百倍，适用于从笔记本电脑到超级计算机的平台。
2026-09-04 physics.plasm-ph
Suppression of turbulence and subcritical fluctuations in differentially rotating gyrokinetic plasmas
已知微分旋转可以抑制聚变等离子体中的线性不稳定性。然而，即使在没有增长的本征模，亚临界波动，增长瞬态可能导致持续的湍流。在这里被认为是一个垂直ExB速度剪切的存在下，由平行的速度梯度（PVG）和离子温度梯度（ITG）驱动的静电波动的瞬态增长。最大限度地简化情况下的零磁剪切处理的框架内的局部剪切盒。没有线性增长的本征模，所以所有的激励都是瞬态的。初始扰动的最大放大因子和相应的波数作为q/ε（=安全因子/长宽比）、温度梯度和速度切变的函数计算。分析结果证实和补充线性陀螺动力学数值试验。对于足够低的q/ε值（在我们的模型中<7），完全抑制离子尺度湍流的区域是可能的。对于湍流不被抑制的情况下，一个基本的启发式理论的亚临界PVG湍流导致缩放的相关离子热通量与q，ε，速度剪切和温度梯度的建议，有人认为，运输是刚性比ITG制度。
2011-11-21 nlin.CD physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of Alfvén instabilities in the presence of turbulence
利用自洽的全局回旋动力学方法和解析理论，研究了离子温度梯度湍流中高能粒子（EP）驱动的β诱导Alfvén本征模（BAE）的非线性动力学行为.本文研究了具有大纵横比和反向剪切的托卡马克磁平衡。以前对这种结构的研究表明，在没有湍流的情况下，电子种类在确定BAE的非线性饱和水平方面起着重要作用[A. Biancalani等人，（2020）]。在这里，我们将研究扩展到湍流等离子体。的EP被发现修改的热通量通过引入能量在大的空间尺度，主要是在占主导地位的BAE及其谐波的环形模式数。在这一制度下，BAE被发现进行强电子热通量。BAE引起的温度分布的全球松弛的反馈，以及湍流动力学，也进行了讨论。
2020-10-19 physics.plasm-ph
Turbulent impurity transport simulations in Wendelstein 7-X plasmas
本文用准线性和非线性回旋动力学方法研究了Wendelstein 7-X（W7-X）的湍流杂质输运。计算是用最近开发的陀螺动力学程序stella进行的。不同的杂质物种被认为是在存在各种类型的背景不稳定性：ITG，TEM和ETG模式的准线性部分的工作; ITG和TEM的非线性结果。虽然准线性的方法允许一个定性的结论的符号或相对重要性的各种贡献的通量，非线性模拟定量确定的湍流通量的大小，并检查在何种程度上准线性的结论成立。虽然大部分非线性模拟是在痕量杂质浓度下进行的，但也在实际有效电荷值下进行非线性模拟，以了解基于对痕量杂质进行的模拟得出的结论可以外推到实际杂质浓度的程度。结果表明，W7-X中的湍流径向杂质输运主要由普通扩散控制，这与最近的W7-X实验活动中测量的结果接近。还证实，热扩散增加了微弱的向内通量贡献，并且在不存在杂质温度和密度梯度的情况下，ITG和TEM驱动的湍流分别向内和向外推动杂质。
2020-08-17 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations in stellarators using different computational domains
本文比较了仿星器中通量管、全磁通面和径向全局域下的回旋动理学模拟，研究纬向流弛豫和 ITG 模稳定性，发现通量管长度影响结果收敛，且不同位形下各计算域的一致性存在差异。
2021-06-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A high-fidelity surrogate model for the ion temperature gradient (ITG) instability using a small expensive simulation dataset
提出基于微调的代理模型构建方法，将高质量数据需求减少80%，并利用GKW与GX数据验证，性能几乎不变，有望推动托卡马克数字孪生系统发展。
2025-03-31 physics.plasm-ph
Electromagnetic pressure-gradient-driven instabilities with moderate high mode numbers in tokamak plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（CIEMAT国家聚变实验室）
该研究用EUTERPE代码分析托卡马克中等离子体压强梯度驱动的不稳定性，发现ITG与KBM的转变依赖平衡一致性，且非MHD贡献在特定条件下影响稳定性，为托卡马克不稳定性研究提供了新的参考。
2026-08-31 physics.plasm-ph
Physical insights from the aspect ratio dependence of turbulence in negative triangularity plasmas
本研究通过GENE回旋动理学模拟，揭示负三角性等离子体湍流约束增益对纵横比的非平凡依赖规律，解释相关物理机制，并首次完成SMART托卡马克的线性模拟验证。
2024-05-22 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic analysis of Wendelstein 7-X discharge: unveiling the importance of trapped-electron-mode and electron-temperature-gradient turbulence
本文首次对类 W7-X 仿星器放电进行含动理学电子、平衡径向电场及电磁碰撞效应的非线性径向全局回旋动理学模拟，揭示芯部湍流电子热通量主要由 TEM 和 ETG 驱动，并强调有限电子温度梯度的关键作用。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Linear analysis and crossphase dynamics in the $\nabla T_e$-driven CTEM fluid model
无碰撞电子俘获模式（CTEM）湍流是聚变装置中热量和粒子输运的重要贡献者。ITG/TEM流体模型很少被分析处理，由于涉及大量的传输通道，例如粒子和离子/电子热传输。$\nabla T_e$驱动的CTEM流体模型[Anderson等人，Plasma Phys. Control. Fusion 48，651（2006）]在密度梯度驱动与电子温度梯度驱动（$\nabla T_e$）相比可忽略的情况下提供了简化模型。这提供了一个有趣的模型来研究与线性波相关的机制，例如交联酶动力学，以及它在$E\times B$楼梯形成中的可能作用。在这里，$\nabla T_e$驱动的CTEM流体模型是严格来自更一般的ITG/TEM模型，其线性动力学首先进行了分析，并与CTEM回旋运动模拟与反弹平均动力学电子相比，而非线性分析留给未来的工作。线性ITG谱也与其他分析模型进行了比较。
2022-12-29 physics.plasm-ph
Dependence of Momentum Transport on the Dominant Turbulence Regime in the DIII-D Tokamak
Columbia University Fusion Research Center（哥伦比亚大学聚变研究中心）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；General Atomics（通用原子能公司）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；VTT（芬兰技术研究中心）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究DIII-D托卡马克中从ITG到TEM主导湍流转变时的湍流核心动量传输，应用特定框架经傅里叶分析分离相关贡献，通过多种计算证实转变，发现残余应力在低扭矩等离子体核心旋转预测中起重要作用，应纳入预测模型。
2026-07-20 physics.plasm-ph
Impurity transport in temperature gradient driven turbulence
本文研究了由俘获电子（TE）模湍流驱动的杂质输运。非线性（NL）gyrokinetic模拟使用的代码基因相比，从准线性（QL）gyrokinetic模拟和计算效率高的流体模型的结果。主要关注的是电子温度梯度驱动的湍流的模型比较关于对流杂质速度（箍缩）和杂质密度梯度R/LnZ（峰值因子）为零杂质通量的符号。特别地，研究了杂质峰化因子随杂质电荷Z和驱动温度梯度的标度，并与离子温度梯度（ITG）驱动湍流的结果进行了比较。此外，杂质峰相比，通过自洽流体计算的密度梯度对应于零粒子通量的主离子峰。对于峰化因子与杂质电荷Z的标度，从NL GENE和流体模拟获得弱依赖性。QL GENE结果显示对低Z杂质的依赖性更强，并在该区域高估了峰因子高达2倍。在ITG主导的湍流的情况下，峰值因子饱和的Z增加，在一个远低于新古典预测的水平。然而，与ITG情况相比，Z的缩放是弱的或相反的。在NL GENE和流体模拟中，发现杂质峰与背景温度梯度的标度很弱。这里还发现QL结果显著高估了低Z值的峰化因子。对于所考虑的参数，发现零粒子通量的背景密度梯度略大于相应的杂质零通量梯度。
2011-11-24 physics.plasm-ph
Ion-temperature-gradient stability near the magnetic axis of quasisymmetric stellarators
对准对称仿星器中离子温度梯度模的稳定性进行了研究。这是使用一组分析估计与线性gyrokinetic模拟。峰值增长率，其相应的实际频率和波矢量的识别。一阶近轴膨胀模型和十一个现实的设计使用数值优化方法之间的比较。据发现，虽然近轴膨胀是能够复制的增长率，真正的频率和垂直波矢量在内核（无论是使用简化的色散关系和第一原理gyrokinetic模拟），它会导致高估的增长率在较大的半径。ITG色散关系的非共振极限的近似解析解表明，增长率可以系统地更高的准轴对称（QA）配置相比，准螺旋（QH）对称的。然而，除了非常接近的轴，线性陀螺动力学模拟没有显示QA和QH配置之间的系统差异。
2021-02-24 physics.plasm-ph
On Phase Transition of ITG Turbulence in the Dimits shift
Laboratoire de Physique des Plasmas, CNRS, Ecole Polytechnique, Sorbonne Université, Université Paris-Saclay , Observatoire de Paris, F-91120 Palaiseau, France
通过改变离子温度梯度，利用非线性回旋动理学模拟研究湍流与带状流主导状态之间的相变，发现三个不同状态，并利用序参数和迟滞效应进行分类。
2026-05-26 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
Self-consistent gyrokinetic modelling of turbulent and neoclassical tungsten transport in toroidally rotating plasmas
本文利用全局非线性回旋动理学代码GYSELA模拟环向旋转下钨的湍流与新经典输运，揭示离心力导致的极向不对称、向内聚集及旋转扩散引发的向外湍流通量。
2023-04-25 physics.plasm-ph
Electromagnetic stabilization of tokamak microturbulence in a high-$β$ regime
研究了电磁稳定和剪切稳定对ITG湍流的影响。低- $β$ JET L模式放电的分析说明了ITG稳定性和接近电磁不稳定性阈值之间的关系。该阈值通过超温压力梯度降低，突出了快离子在ITG稳定中的有效性。广泛的线性和非线性陀螺动力学模拟，然后进行高$β$喷气混合放电75225，在两个单独的位置在内部和外部半径。研究发现，在内半径处，非线性电磁稳定性占主导地位，并且对于获得与实验一致的模拟热通量至关重要。超热压力对这种效应的增强作用也仍然很显著。还发现，流动剪切稳定在内径处是无效的。然而，在外半径处，情况相反。电磁稳定是可以忽略的，而流动剪切稳定是重要的。这些结果构成了JET在低$β$下发现的可比较观测结果的高$β$概括。这是令人鼓舞的电磁ITG稳定的外推到未来的设备。估计这种效应对ITER混合方案的影响导致20%的聚变功率提高。
2014-09-05 physics.plasm-ph
Investigation of triangularity effects on tokamak edge turbulence through multi-fidelity gyrokinetic simulations
本文利用回旋矩多保真度模拟方法，研究三角形度对托卡马克边缘湍流的影响，发现正三角形度 destabilizes 捕获电子模，并指出保留动力学效应对准确建模至关重要。
2024-07-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Numerical and diagnostic extensions to the gyrokinetic $δf$ code stella
Institute of Physics, University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学物理研究所）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Rudolf Peierls Centre, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯中心）
本研究在stella代码中扩展自由能诊断，应用于W7-X配置，揭示湍流级联幂律行为、数值不稳定性及实空间结构，并系统比较时间积分方案，指出SSP22和SSP33分别适用于线性和非线性模拟，为方案选择提供指导。
2026-10-05 physics.plasm-ph
