Comment on "Electromagnetic Global Gyrokinetic Simulation of Shear Alfven Wave Dynamics in Tokamak Plasmas" [Phys. Plasmas 14, 042503 (2007)]
这一评论澄清了最近发表的一篇文章[Phys.Plasmas 14，042503（2007）]中的研究与其他先前的出版物的关系，这些出版物解决了在回旋运动模拟中包含电磁和漂移动力学电子物理学，提出了与在具有磁剪切的系统中包含动力学电子有关的问题，并且讨论了在面对其中描述的算法的一般适用性的重要限制时的替代方案。
2007-10-26 physics.plasm-ph
Theoretical research on low-frequency drift Alfvén waves in general Tokamak equilibria
Southwestern Institute of Physics（西南核物理与化学研究所）；Consorzio CREATE（CREATE联合体）
本文通过建立一般托卡马克平衡情况下的动力学模型，研究低频漂移阿尔芬波的特性，探讨离子轨道效应及不同极限条件下的理论结果。
2026-01-16 physics.plasm-ph
Resonant Excitation of Shear Alfvén Perturbations by Trapped Energetic Ions in a Tokamak
本文导出了离子回旋共振加热加速高能粒子对高n阿尔文模共振驱动的一个新的解析表达式。这种推导包括有限轨道效应，并且形式主义是完全非微扰的。高n极限被用来计算复杂的粒子响应积分沿轨道明确。这个新的理论被应用到向下扫描阿尔芬级联准模式完成这些模式的理论，并作出可检验的预测。这些预测被认为是一致的实验上进行的联合欧洲环[P。H。反驳和B. E. Keen，Fusion Technol.11，13（1987）]。
2009-11-04 physics.plasm-ph
Transition from fishbone mode to $β$-induced Alfvén eigenmode on HL-2A tokamak
在存在来自辅助加热和燃烧等离子体的高能粒子（EP）的情况下，鱼骨不稳定性和Alfvén模可以被激发，并且它们的跃迁可以在某些重叠区域发生。利用NIMROD程序中的混合动力学-磁流体动力学模型，我们在HL-2A装置的NBI加热等离子体中发现了鱼骨不稳定性和$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）之间的这种转变。当磁轴处的安全系数远小于1时，随着EP分数的增加，发生典型的扭结-鱼骨形转变。当$q_0$升高到接近1时，鱼骨模式被BAE取代，以获得足够量的EP。当$q_0$略高于1时，环形诱导的阿尔文本征模（TAE）在较低EP压力下占主导地位，而BAE在较高EP压力下占主导地位。
2021-03-18 physics.plasm-ph
Bi-directional Alfvén Cyclotron Instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
在MAST超阿尔文NBI实验中，研究了在~0.34 T ~~0.585 T的宽环形磁场范围内，高能束离子速度梯度激发的阿尔文回旋不稳定性.在具有高磁场的MAST放电中，在子回旋频率范围内的模式的离散谱被激励成与束流和等离子体电流相反的环形传播（环形模式数n < 0）。
2014-04-25 physics.plasm-ph
FOXTAIL: Modeling the nonlinear interaction between Alfvén eigenmodes and energetic particles in tokamaks
FOXTAIL是一种新的磁流体动力学-动力学混合程序，用于描述托卡马克中高能粒子与阿尔文本征模的相互作用。该代码模拟的非线性动力学的振幅的个别本征模和一组离散的标记在五维相空间中的高能粒子分布。平衡系统的直角坐标用于有效地追踪高能粒子，本征模的波场的粒子加速在相同的角度进行傅立叶分解。本征模描述使用时间恒定的本征函数与动态复振幅。提出了代码的可能应用，例如，对系统一维尾部碰撞近似的有效性进行了定量评价。在两种模式的情况下，奇里科夫准则的履行预期的效果也得到了验证。
2016-07-15 physics.plasm-ph
The shear Alfvén continuum with a magnetic island chain in tokamak plasmas
用理想磁流体力学（MHD）理论研究了单岛链托卡马克的剪切阿尔文连续谱。我们已经考虑到环形几何形状和环形模式耦合的岛屿被认为是一个高度成形的仿星器。由于其极轴和环轴的不对称性，各种新的频率间隙在岛内部打开，例如螺旋诱导的阿尔文本征模（MAE）间隙和螺旋诱导的阿尔文本征模（HAE）间隙。我们已经表明，MAE间隙作为外环形阿尔文本征模（TAE）间隙到岛的延续。然而，随着岛屿的增长，合并的TAE/MAE间隙变得越来越窄，只剩下其原始宽度的一半，中等岛屿大小高达小半径的3.2%。此外，二维本征函数的连续模式的下尖端的MAE间隙现在有高度本地化的结构周围的岛屿的长轴，相反，通常的振荡的全球解决方案发现没有或低水平的环形不对称性-一个迹象表明的连续谱变得离散和密集。这些结果的频率，模式结构和连续阻尼的全球TAE驻留在间隙的影响。
2022-11-22 physics.plasm-ph
Magnetic Confinement by Alfven Carpets
扭转阿尔芬波的“地毯”，共振激发在环形传导容器内的环，可以保持磁化等离子体内的环对固有的向外膨胀。这种用于聚变的环形磁约束可能比传统的托卡马克具有一些优势。这个想法也可以用来稳定托卡马克和其他能量受限的聚变装置中的交换和气球模式。
2007-11-06 physics.plasm-ph
Linear kinetic effects of core plasma on low frequency Alfven and acoustic eigenmodes in tokamaks
在广义鱼骨型色散关系的框架下，研究了核芯等离子体对$ω< ω_{BAE}$激发低频模式的共振和非共振效应，如β诱导的Alfvén声学本征模（BAAE）和动力学共振模（KBM）.鱼骨状方程的形式主义包含了所有必要的成分来描述这些低频波动的特征，并解释实验结果。核心等离子体的性质（反磁频率和进动共振与被困离子）强烈影响的模式的激发，并在BAAE的情况下更有效地比高能粒子。核心等离子体的抗磁频率也有助于BAAE与KBM的耦合，从而影响两种模式的激发和极化。高能粒子仍然可以为一些低频模式提供非共振驱动。
2022-04-20 physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of Shear Alfvén fluctuations in Divertor Tokamak Test facility plasmas
在分析了偏滤器托卡马克装置（DTT）等离子体中高能粒子（EPs）激发的剪切阿尔文涨落的线性谱之后[T. Wang等，等离子体25，062509（2018）]，在这项工作中，通过混合磁流体动力学-陀螺动力学模拟研究了相应模式饱和和波动诱导的EP传输的非线性动力学。对于DTT等离子体中心区由磁俘获EP旋进共振驱动的反向剪切Alfvén本征模，其饱和主要是由于共振俘获EP的径向退耦。与波-EP共振结构一致，EP传输以与模式宽度相似的尺度发生。另一方面，通过EP运输的详细分析了环形Alfvén本征模的外芯区域，模式驱动从通过和捕获的EP。结果表明，通过EP的经验只有弱的再分布在弱不稳定的情况下，和运输延伸到中尺度扩散的强不稳定的情况下，由于轨道随机性引起的共振重叠。这里，弱/强不稳定区域由共振重叠的奇里科夫条件确定。这项工作进一步阐明了丰富多样的非线性EP动力学燃烧等离子体的研究，以及DTT的能力，以解决这些关键的物理。
2018-10-12 physics.plasm-ph
Nonlinear interplay of Alfven instabilities and energetic particles in tokamaks
高能粒子的约束是托卡马克等离子体有效加热的关键。等离子体不稳定性，如阿尔芬本征模（AE）可以重新分布的EP人口，使等离子体加热效率较低，并导致额外的负载上的墙壁。利用NEMORB项目中的全球回旋动力学粒子胞内程序ORB 5研究了环形诱导声发射（TAE）的非线性动力学。研究了由于波粒非线性引起的TAE和EP的非微扰非线性相互作用。特别是，我们专注于TAE的频率，增长率和径向结构的非线性修改，取决于EP分布在相空间中的演变。对于ITPA基准情况，我们发现当增长率减小时，频率增加，并且模式径向收缩。这种非线性演化被发现是正确地再现通过准线性模型，即一个模型，其中的非线性修改的EP分布函数的线性效应被保留。
2016-10-06 physics.plasm-ph
On Nonlinear Scattering of Drift Wave by Toroidal Alfven Eigenmode in Tokamak Plasmas
本文以电子漂移波为范例，解析研究了托卡马克等离子体中其与环向阿尔芬本征模的直接波-波相互作用，发现TAE非线性散射对eDW稳定性的净效应可忽略，与反向过程存在显著差异。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Identification of Local Alfven Wave Resonances with Reflectometry as a Diagnostic Tool in Tokamaks
局部阿尔芬波（LAW）共振在托卡马克等离子体中由外部驱动的磁场激发，频率低于离子回旋频率，其中假设使用阿尔芬波。最近，在TCABR（Bt =1.1T，q 0 =1.1，n 0 =1.4-2.0 × 10^{19}/ m^3）中，利用固定频率（32.4GHz）的O模反射计，在几kW功率沉积和4 MHz频率下，在LAW共振m=+/-1，N=+/-2处检测到了波驱动的密度起伏。在这里，我们表明，结合小功率沉积在LAW共振，扫过等离子体密度变化或扫描与发生器频率，结合检测的密度波动的LAW共振反射计可以作为诊断工具，用于识别的有效离子质量数AEF和q-分布在托卡马克。该方法是基于同时探测托卡马克中M/N=+/-1/+/-2天线模激发的m=+/-1局部AW共振和极向模耦合效应产生的m=0局部AW共振的位置。根据LAW色散，m=0共振仅取决于有效离子质量数，而不取决于q分布。然后，使用这些数据，我们可以定义m=+/-1 L AW共振位置处的q值。使用具有偶数环形模式（N=2，4，.）在0.6 ~ 1 MHz频段内，利用该方法对欧洲联合环（Bt=2.3T，q 0 =1 ~ 1.3，n 0 =5-7 × 10 ~（19）/m^3）进行了计算。
2004-10-08 physics.plasm-ph
Dependence of alpha-particle-driven Alfvén eigenmode linear stability on device magnetic field strength and consequences for next-generation tokamaks
最近提出的托卡马克概念使用远高于常规装置的高达12 T的磁场来减小尺寸和成本。理论和计算研究等离子体行为的趋势，随着场强的增加是至关重要的，这样提出的设备。本文考虑阿尔文本征模（AE）稳定性的趋势。高能粒子，包括来自D-T聚变的α粒子，可以使AE不稳定，可能导致α热量损失和设备损坏。通过共振、α粒子β和α轨道宽度的场依赖性，AE对器械磁场敏感。我们通过分析和使用最近开发的数值技术（Rodrigues et al. 2015 Nucl. Fusion 55 083003）描述了这些依赖性的起源和影响。这项工作表明，聚变产生的阿尔法粒子是亚阿尔夫文尼克或接近亚阿尔夫文尼克的高场机器可能会部分切断AE共振，降低AE的增长率和与它们相互作用的阿尔法粒子的能量。高场燃烧等离子体机制具有不可忽略的α粒子β和AE驱动，但是相对于具有类似功率密度的低场机器，由高电子密度提供的更快的减速时间和更高的场强度降低了这种驱动。在高磁场器件中，最不稳定模式的环形模式数往往更高。这项工作表明，高磁场设备具有独特的，潜在的优势，AE不稳定性在低和高密度。
2019-02-17 physics.plasm-ph
Theory and Simulations of Compressional and Global Alfven Eigenmode Stability in Spherical Tokamaks
中子束驱动的亚回旋压缩（CAE）和全局（GAE）\Alfven本征模在NSTX（-U）和MAST等球形托卡马克中经常被激发，在常规纵横比托卡马克DIII-D上也观察到，在ITER燃烧等离子体中可能不稳定。他们的存在已被实验联系到异常平坦的电子温度分布在高束流功率在NSTX，潜在地限制聚变性能。因此，详细了解CAE/GAE激发对于预测（并最终控制）它们对等离子体约束的影响至关重要。为此，混合动力学MHD模拟的补充与分析研究的线性稳定性的CAE和GAE。微扰，局部解析理论已被用来获得新的不稳定性条件的CAEs/GAE驱动的现实中性束分布。一套全面的模拟NSTX类等离子体已经进行了广泛的束流参数，提供了丰富的信息，在球形托卡马克的CAE和GAE稳定性。线性模拟表明，激发的CAEs与GAE有一个复杂的依赖于快速离子注入速度和几何形状，定性描述的解析理论在本论文中发展。在模拟中发现了GAE的强高能粒子修饰，表明存在一种新型的高频高能粒子模式。理论的稳定性界限，模拟结果和实验测量之间的交叉验证显示出有利的协议不稳定的CAE和GAE光谱的依赖于快离子参数。分析结果准确地解释了最近的实验发现GAE稳定与少量的离轴光束注入NSTX-U，并建议在未来的实验中控制这些不稳定性的新技术。
2020-05-22 physics.plasm-ph
The development of an implicit full f method for electromagnetic particle simulations of Alfvén waves and energetic particle physics
本文发展了一种基于粒子-单元/傅里叶电磁场的隐式方法，并将其应用于一维和三维托卡马克等离子体中Alfvén波的研究。一个分析处理，以实现有效的收敛性的隐式场粒子系统的迭代解。首先，它的应用程序的一维均匀等离子体证明了它的适用性在广泛的$β/m_e$值。其次，采用国际托卡马克物理活动（ITPA）高能粒子（EP）专题组定义的广泛研究的情况，在三维轴对称托卡马克等离子体中模拟了环度诱导的阿尔文本征模（TAE）。实际频率和增长（或阻尼）率的TAE与（或不）EP同意与以前的结果相当不错。在这项工作中建立的全f电磁粒子计划提供了一个可能的自然选择EP输运的研究，大的轮廓变化和任意的粒子分布函数需要在动力学模拟处理。
2021-02-02 physics.plasm-ph
Resonance frequency broadening of wave-particle interaction in tokamaks due to Alfvénic eigenmode
我们使用指导中心代码ORBIT来研究共振的加宽以及共振频率加宽宽度$ΔΩ$对波-粒子相互作用的非线性粒子捕获频率$ω_b$的参数依赖性，具体示例使用现实平衡DIII-D shot 159243（Collins等人，2016 Phys. Rev. Lett. 116 095001）。当模式振幅较小时，共振附近的高能粒子动力学的钟摆近似被发现是适用的，并且共振频率宽度与深陷反弹频率之比$ΔΩ/ω_b$等于4，正如理论预测的那样。第一次在实际不稳定条件下证明了这一系数4。结果表明，随着模振幅的增大，非线性摆近似的波粒相互作用被打破，系数$a=ΔΩ/ω_b$逐渐减小。
2017-11-17 physics.plasm-ph
Core localized alpha-channeling via low frequency Alfven mode generation in reversed shear scenarios
提出了一种新的托卡马克堆芯等离子体燃料离子加热通道，并用非线性回旋动力学理论进行了分析。该通道是通过反向剪切阿尔芬本征模（RSAE）自发衰减为低频阿尔芬模式（LFAM），然后通过无碰撞离子朗道阻尼加热燃料离子。研究了RSAE自发衰变的条件，导出了RSAE的饱和能级和由此产生的燃料离子加热率。该通道预计将是至关重要的未来反应堆下运行的反向剪切配置，其中融合α粒子产生的托卡马克核心的磁剪切通常是反向的，并有一个密集的RSAE频谱由于小α粒子的特征无量纲轨道。
2022-04-13 physics.plasm-ph
Hybrid simulations of sub-cyclotron compressional and global Alfvén Eigenmode stability in spherical tokamaks
为了研究束流驱动的亚回旋频率压缩（CAE）和全局（GAE）Alfvén本征模在宽束流参数范围内的稳定性，进行了一项全面的数值研究。在NSTX实验中，CAE和GAE的存在与高光束功率下的异常电子温度分布平坦化有关，这促使进一步研究其激发条件。线性模拟进行混合MHD动力学的初始值代码HYM，以捕捉一般多普勒频移回旋共振驱动的模式。在模拟中发现三种不同类型的模式-co-CAE，cntr-GAE和co-GAE-具有不同的光谱和稳定性。模拟结果表明，不稳定的GAE比不稳定的CAE更普遍存在，与实验观察一致，因为它们在较低的光束能量下被激发，并且通常具有较大的增长率。局部解析理论被用来解释模拟结果的关键特征，包括基于束注入几何形状的不同模式的优先激发和对束注入速度、临界速度和速度空间各向异性程度的增长率依赖。背景阻尼率是从模拟中推断出来的，并对模拟模型中不存在的相关源进行分析估计，这表明协同CAE比回旋共振驱动的模式更接近边缘稳定性。
2021-03-21 physics.plasm-ph
Core localized alpha-channeling via low frequency Alfven mode generation in reversed shear scenarios
本文提出一种托卡马克芯部燃料离子加热新机制，即反剪切阿尔芬本征模自发衰变为低频阿尔芬模并通过朗道阻尼加热离子，推导了相关条件与加热率，对未来反剪切聚变堆具有重要意义。
2023-07-10 physics.plasm-ph
Minimum-q induced alternation between infernal modes and EP-driven modes in advanced tokamak configurations
College of Sciences, Tianjin University of Science and Technology（天津科技大学理学院）
该研究针对含高能粒子的先进托卡马克构型，发现最小安全因子q_min变化会使主导不稳定性在反向剪切阿尔文本征模、高能粒子模与恶魔模间交替，且高能粒子beta分数会影响各模式稳定性，揭示了相关粒子驱动机制。
2026-08-18 physics.plasm-ph
Analysis of the nonlinear dynamics of a chirping-frequency Alfvén mode in a Tokamak equilibrium
本研究针对燃烧托卡马克中具有潜在危害的扫频阿尔文模，通过含磁矩和初始粒子坐标两个运动常数的粒子模拟，分析单环模数扫频模的非线性演化，揭示了频率扫频通过共振区向内漂移延迟驱动耗尽的机制。
2021-12-06 physics.plasm-ph
Shear Alfven wave continuous spectrum within magnetic islands
本文计算了磁岛分界线内剪切阿尔芬波连续谱的径向结构。几何效应由于磁通表面的截面的非圆性被保留到所有的订单。另一方面，我们只保留曲率效应对连续谱的低频部分中的β诱导能隙负责。模式与不同的螺旋度的磁岛被认为是。主要结果是，磁岛内部存在与托卡马克等离子体非常相似的连续谱，可以定义广义安全因子q，并形成宽的频率间隙，类似于托卡马克中椭圆度引起的Alfven本征模间隙。该间隙的存在是由于岛截面的强偏心率。这种差距的存在的重要性是公认的潜在托管磁岛诱导阿尔芬本征模（MiAE）。由于剪切阿尔芬波连续体的磁岛大小的频率依赖性，利用MiAE频率定标作为一种新的磁岛诊断的可能性进行了讨论。
2010-09-23 physics.plasm-ph
Fast particle-driven ion cyclotron emission (ICE) in tokamak plasmas and the case for an ICE diagnostic in ITER
离子回旋频率范围内的快粒子驱动波（离子回旋辐射或ICE）为许多托卡马克装置中的受限和逃逸快离子提供了有价值的诊断。这是一种被动的、非侵入性的诊断方法，与ITER中氘氚等离子体的高辐射环境兼容，可以提供有关该设备中聚变α粒子和束离子的重要信息。在JET中，来自受限聚变产物的ICE与聚变反应速率的比例线性超过6个数量级，并提供了α粒子约束接近经典的证据。在TFTR中，从等离子体边缘的超Alfvénic α粒子中观察到ICE。DIII-D中的束驱动ICE的强度与鱼骨激发期间的中子速率下降的相关性比来自更直接的束离子损失诊断的信号更强。在ASDEX Upgrade中，ICE由超Alfvénic DD聚变产物和亚Alfvénic氘束离子产生。
2014-12-12 physics.plasm-ph
NIMROD calculations of energetic particle driven toroidal Alfvén eigenmodes
环形阿尔芬本征模（TAE）是在没有连续介质阻尼的情况下，由托卡马克等离子体的环形性引起的间隙模。当高能粒子（EP）驱动超过其他阻尼时，它们可以被激发。本文研究了国际托卡马克物理活动（ITPA）提出的TAE基准案例。采用NIMROD程序中的混合动力学-MHD（HK-MHD）模型，对圆形大长径比托卡马克装置中电脉冲驱动的TAE线性增长进行了数值计算。该HK-MHD模型通过动量守恒方程的矩闭合将EP的delta f粒子单元（PIC）表示与体等离子体的3D MHD表示耦合起来。TAE的激发和它们向高能粒子模式（EPMs）的转变都被观察到。得到了EP密度、温度、密度梯度和最大相对密度梯度的位置对TAE的频率和增长率的影响，这与对初始Maxwell分布的EP的本征分析计算和Gyrokinetic模拟结果一致.在TAE间隙径向位置处，EP的相对压力梯度代表EP的驱动强度，可以强烈地影响TAE的生长速率。当EP分布的密度和温度超过一定阈值时，发生了从TAE到TAE的转变，模式结构发生了变化。
2017-08-18 physics.plasm-ph
Onset of nonlinear structures due to eigenmode destabilization in tokamak plasmas
提出了一种通用的方法来区分能量粒子驱动的不稳定性产生频率啁啾或固定频率振荡的可能性。该方法采用数值计算的本征结构和多个共振表面的一个给定的模式中存在的高能离子阻力和随机性（由于碰撞和微湍流）。环形诱导，反向剪切和β诱导阿尔芬声学本征模作为例子。在实验中测得的波的特点和兼容性之间发现建议的标准预测和实验观察或缺乏观察的啁啾行为的Alfvenic模式在不同的托卡马克。研究发现，在许多等离子体实验中，微湍流引起的随机扩散是共振附近高能粒子失谐的主要机制，其强度是决定啁啾解是否产生的关键.所提出的标准构成了一个有用的预测工具，在评估是否在聚变装置中的快速离子损失的运输的性质将占主导地位的对流或扩散过程。
2017-02-14 physics.plasm-ph
An E & B Gyrokinetic Simulation Model for Kinetic Alfvén Waves inTokamak Plasmas
回旋粒子模拟是研究托卡马克等离子体中输运、非线性现象和高能粒子物理的有力工具。虽然大多数陀螺动力学模拟都使用标量和矢量势，但通过使用一般和全面形式的E和B场开发了一种新模型（GK-E&B），并已用于模拟均匀等离子体中的动力学Alfvén波[Chen et al，Science China Phys. Mechanics & Astronomy 64（2021）]。在我们的工作中，Chen等人的GK-E&B模型已经在一般托卡马克几何中明确地使用特定坐标表示。数值结果与Chen等人的工作吻合较好，理论色散关系与局部螺旋箍缩模型的数值结果吻合较好。数值结果表明，在一个现实的参数制度的燃烧等离子体在高值的$β/( M_e k_\perp^2 ρ_i^2)$，这是传统的方法，由于"取消“的问题具有挑战性的优异性能。作为一个应用，GK-E&B模型在局部极限中用动力学电子实现。在匹配ITPA-TAE参数的情况下，数值结果表明GK-E&B能处理实际托卡马克等离子体参数的平行电子朗道阻尼。作为另一个应用，GK-E&B模型的实施与占主导地位的电子贡献$E_\|$在冷电子限制。它的能力，在模拟有限的$E_\|$由于有限的电子质量被证明。
2021-11-11 physics.plasm-ph
Results from the Alfvén Eigenmode Active Diagnostic during the 2019-2020 JET deuterium campaign
本文介绍了在2019-2020年氘活动期间JET托卡马克中Alfvén本征模主动诊断（AEAD）操作期间观察到的模式激发的广泛分析结果。八个环形间隔天线，每个独立的功率和相位，六个成功地在479等离子体中积极激发稳定的MHD模式。总共有4768个磁共振被多达14个快速磁探针检测到。在这项工作中，我们提出了计算的谐振频率$f_0$，阻尼率$γ< 0$，和环形模式数$n$，跨越参数范围$f_0 \approx$ 30 - 250 kHz，$-γ\approx$ 0 - 13 kHz，和$\vert n \vert \leq 30$。一般而言，共振频率与计算的环形Alfvén本征模频率之间以及AEAD应用的环形模数与激发共振的估计值之间存在良好的一致性。我们注意到数据库中的几个趋势：共振检测的概率随着等离子体电流和外部加热功率而降低;归一化阻尼率随着边缘安全因子而增加，但随着外部加热而降低。这些结果为准备未来的实验活动提供了关键信息，并在即将到来的DT活动期间更好地了解α粒子存在下Alfvén本征模的激发和阻尼物理，从而有信心地推断未来的托卡马克。
2020-07-18 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
Global linear and nonlinear gyrokinetic modelling of Alfvén eigenmodes in ITER
本文给出了ITER托卡马克装置15 MA方案下，利用ORB 5程序的全局非线性电磁陀螺动力学模型对Alfvénic不稳定性，特别是环形Alfvén本征模（TAE）进行线性和非线性模拟。线性模拟表明，椭圆阿尔文本征模和奇宇称TAE只有弱阻尼，但不受α粒子的激发，其驱动有利于偶宇称TAE。发现低众数TAE是全局性的，需要全局治疗。非线性地，即使在标称EP密度加倍的情况下，单模模拟也会导致饱和，而EP传输可忽略不计，然而多模模拟预测，在标称EP密度加倍的情况下，将发生增强的饱和和显著的EP再分布。
2020-12-10 physics.plasm-ph
High frequency mode generation by toroidal Alfven eigenmodes
用非线性回旋动力学理论分析了HL-2A装置上观测到的环形Alfven本征模（TAE）产生高频模的非线性过程。研究发现，当两个主TAE共传时，HFM可以由$|nq-m|=1$扰动主导，且理想磁流体动力学占主导地位;当两个主TAE反向传播时，HFM可以由$nq-m=0$静电扰动表征.这里，$n$和$m$分别是环向和极向模式数，$q$是安全系数。该非线性过程对器件的平衡磁几何形状敏感。
2019-05-17 physics.plasm-ph
A Simple Model of Current Ramp-Up and Ramp-Down in Tokamaks
本文提出了一个托卡马克环向电流上升与下降的简单模型，基于法拉第定律估算了JET、SPARC和ITER的最小安全电流上升/下降时间，验证了设计上升时间的可行性，并推断SPARC和ITER能像JET一样避免电流上升时的逃逸电子问题。
2025-08-11 physics.plasm-ph
Ion cyclotron emission from fusion-born ions in large tokamak plasmas: a brief review from JET and TFTR to ITER
离子回旋辐射（ICE）是第一个集体辐射不稳定性，由约束聚变产生的离子驱动，从氘氚等离子体中观察到的JET和TFTR。ICE包括强烈的超热辐射，其在托卡马克等离子体的外中平面边缘处评估的多个离子回旋谐波频率处具有谱峰。ICE谱峰的测量强度与JET中测量的聚变反应性成线性比例。在其他大型托克马克等离子体中，ICE目前被用作快离子物理的指示器。ICE的激发机制是磁声回旋不稳定性（MCI）;在JET和TFTR的情况下，MCI是由一组中心出生的聚变产物驱动的，位于速度空间中的捕获通过边界内，其漂移轨道向外中平面边缘进行大的径向偏移。因此，在未来的实验中ICE的诊断开发部分依赖于对MCI的深入了解，并且计算等离子体物理的最新进展已经导致了大量的最新进展，在这里进行综述。
2014-10-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of the damping channels of Alfvén modes in ASDEX Upgrade
托卡马克中能量粒子驱动的Alfvénic不稳定性的线性失稳和非线性饱和强烈依赖于阻尼通道。在这项工作中，无碰撞阻尼机制的Alfvénic模式进行了研究的陀螺框架内，通过全球模拟与粒子在细胞代码ORB 5，并与本征值代码LIGKA和简化模型进行比较。特别是，连续阻尼和朗道阻尼（离子和电子）被认为是。电子朗道阻尼被发现是占主导地位的离子朗道阻尼实验相关的情况下。作为应用，对ASDEX Upgrade中由超环面引起的Alfvén本征模和能量粒子驱动模的线性和非线性动力学进行了理论研究，并与实验测量结果进行了比较.
2019-10-31 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
Micro-tearing modes in spherical and conventional tokamaks
利用陀螺仪对球形托卡马克（NSTX）和常规托卡马克（ASDEX-UG和JET）的微撕裂模（MTM）进行了局部线性陀螺动力学模拟研究[J. Candy和E. Belli，General Atomics Report GA-A26818（2011）]。对于实验相关的核心等离子体参数在NSTX和ASDEX-UG托卡马克，与以前的工作，我们发现MTM作为主导的线性不稳定性。此外，在我们的研究中，MTM被认为是最不稳定的模式，为射流样的核心参数。在所有这些等离子体中，需要有限的碰撞MTM变得不稳定和电子温度梯度被发现是根本的驱动。然而，一个显着的差异，观察到的线性生长速率的依赖性的MTMs的电子温度梯度。虽然它在JET和ASDEX-UG等离子体中变化微弱且非单调，但在NSTX中它随电子温度梯度而增加。
2013-01-07 physics.plasm-ph
Observation of Toroidal Alfven Eigenmodes during Minor Disruptions in Ohmic Plasmas
在SUNIST球形托卡马克装置上首次发现了在无辅助加热的纯欧姆加热等离子体中激发的环形Alfven本征模。TAE模式在轻微破坏期间观察到，频率范围为150-500 kHz。模式结构分析表明存在m/n=-3/-1和-4/-1谐波，在实验室参考系中沿电子抗磁方向传播。这些TAE出现的同时，在电流猝灭阶段的逃逸电子的产生，伴随着轻微的破坏过程中的密度扫描。这些TAE的可能的驱动机制和潜在的应用进行了讨论。
2016-12-13 physics.plasm-ph
Study of Low-Frequency Core-Edge Coupling in a Tokamak: II. Spatial Channeling & Focusing In Antenna-Driven MHD
National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), Rokkasho Institute for Fusion Energy（量子科学和技术研究院（QST），六所聚变能研究所）；QST, Naka Institute for Fusion Science and Technology（量子科学和技术研究院（QST），那波聚变科学与技术研究所）；Department of Nuclear and Quantum Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院（KAIST）核与量子工程系）；Center for Nonlinear Plasma Science and C.R. ENEA Frascati（非线性等离子体科学与ENEA弗拉斯卡蒂研究中心）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所（INFN），罗马分部）
研究托卡马克等离子体在粘性电阻全MHD模拟模型中的非局部响应，通过内部天线驱动低频阿尔法波，发现边缘驱动可有效激发核心响应，无需核心局部驱动。
2026-04-16 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 physics.plasm-ph
On the genesis and nature of Palm Tree Modes in the JET tokamak
在JET托卡马克装置的边缘等离子体中观察到一种长寿命的、高度局域化的结构，称为棕榈树模（PTM）。虽然PTM是有据可查的，但对产生这些结构的机制知之甚少。在PTM的情况下，ELM后体，它的成因通常被解释为遍历的磁场由于边缘局域模式和种子磁岛的出现，演变成PTM后。在这项研究中，我们试图调用一个创建机制的基础上的概念和观察边缘等离子体湍流。等离子体湍流的一个有趣的方面是在刮削层（SOL）中出现相干的长寿命结构。这些具有较高或较低等离子体密度的局部和磁场对准区域称为斑点和空穴。测量表明，这些细丝携带平行电流。因此，我们在这里解释ELM细丝作为大质量的斑点和这些细丝之间的空隙作为孔。我们表明，一个正向建模的封闭电流灯丝上的q=3的表面产生类似的磁波动，测量的JET在容器中的磁拾波线圈，如果PTM存在。由此我们推断，如果在ELM碰撞后在q=3的表面上捕获孔，则生成PTM等效签名。如果ELM灯丝本身在q=4的表面上被捕获，则出现相当于外模的签名。
2021-06-22 physics.plasm-ph
Self-consistent simulation of compressional Alfvén eigenmodes excited by runaway electrons
在实验中观察到托卡马克破裂电流猝灭（CQ）阶段的阿尔夫文模。在DIII-D中，这些模式的激发与高能逃逸电子的存在相关联，并且强模式激发通常与RE平台形成的失败相关联。在这项工作中，我们提出了自洽的动力学MHD模拟的RE驱动的压缩阿尔文本征模（CAE）在DIII-D中断的情况下，提供了一个解释的CQ模式。模拟结果表明，高能俘获RE通过其进动运动与Alfvén模发生共振，共振频率与RE能量成正比，模式频率及其与RE能量的关系与实验观察一致.模式扰动的磁场可以导致逃逸电子的空间扩散，包括非共振通过的电子，从而提供了一个潜在的方法来缓解逃逸电子的理论基础。
2023-03-07 physics.plasm-ph
A predictive formula for the H-mode electron separatrix density: Bridging regression and physics-based models across C-Mod, AUG and JET tokamaks
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Consorzio RFX (CNR, ENEA, INFN, Università di Padova, Acciaierie Venete SpA)（RFX联盟（国家研究委员会、意大利国家新能源研究中心、意大利国家核物理研究所、帕多瓦大学、威尼斯钢铁公司））；MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；DTT S.c. a r.l.（DTT有限责任公司）；IRFM, CEA（法国原子能和替代能源署核聚变研究设施）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；UKAEA（英国原子能管理局）；VTT（芬兰技术研究中心）
本文提出一种结合回归模型和两点模型的预测公式，用于准确估计H模托卡马克分离面电子密度，适用于C-Mod、AUG、JET及后续设备。
2026-01-30 physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: I. Ideal MHD and finite ion Larmor radius effects
在高β托卡马克等离子体的第二磁流体动力学（MHD）气球稳定区域中，理想MHD剪切Alfven波的Schroedinger方程具有与被困在压力梯度诱导势阱之间的驻波相对应的离散解。我们的目标是了解如何修改这些所谓的α-诱导环形阿尔芬本征模α-TAE的有限拉莫尔半径（FLR）和动力学压缩的热离子在无质量电子的限制的影响。在本文中，我们忽略了动力压缩，以隔离和详细检查的影响FLR条款。在回顾了理想MHD α-TAE的物理基础之后，利用参数扫描描述了FLR对薛定谔势、本征函数和本征值的影响。结果被用在一个配套文件，以确定在第二稳定域的波粒共振驱动的不稳定性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
Numerical study of transition between even and odd toroidal Alfvén eigenmodes on EAST
利用NIMROD程序实现的混合动力学MHD（HK-MHD）模型对EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）上高能粒子驱动的环面Alfvén本征模（TAE）进行了线性模拟。利用基于实验测量的EFIT程序重建了EAST平衡。采用“慢化”分布模型模拟了EAST上氘中性束注入的高能离子的平衡分布。本征值分析和NIMROD模拟的频率、主导极向模数、径向位置和详细的TAE/RSAE/TAE模式的二维模式结构是一致的。随着EP的$β$分数的增加，偶TAE和奇TAE之间的转变以及气球和反气球模式结构之间的转变发生。当EP的$β$分数接近转换阈值时，两种类型的TAE共存。
2019-05-06 physics.plasm-ph
Excitation of toroidal Alfvén eigenmode by energetic particles in DTT and effect of negative triangularity
本文开发线性回旋动力学本征值代码研究TAE稳定性，以作用角方法纳入粒子响应并采用气球模表示求解方程，应用于DTT参考平衡分析负三角变影响，发现其依主导机制可稳定或失稳TAE。
2025-08-20 physics.plasm-ph
Calculation of toroidal Alfvén eigenmode mode structure in general axisymmetric toroidal geometry
本文发展基于理想 MHD 的 FALCON 工作流程，在气球模空间耦合求解 SAW 与 ISW，并用于正、负三角变 DTT 平衡中的 TAE 频率、模结构及连续谱阻尼计算。
2024-04-09 physics.plasm-ph
Unified theory of the semi-collisional tearing mode and internal kink mode in a hot tokamak: implications for sawtooth modelling
在JET等大型热托卡马克中，电阻模重连层的宽度由半碰撞电子动力学决定，远小于离子拉莫尔半径。首先，在此制度下有效的色散关系推导出提供了一个统一的描述漂移撕裂模式，动力学阿尔芬波和内部扭结模式在低β。撕裂模稳定性研究分析恢复稳定的离子轨道效应，以前得到的Cowley等。[物理流体（29）3230 1986]，这意味着大值的撕裂模稳定性参数“德尔塔素数”需要不稳定性。其次，在高β，它示出的撕裂模式与动力学阿尔芬波相互作用，并有一个绝对的稳定所有的“三角洲素数”由于屏蔽效应的电子温度梯度，延长德雷克等人的结果。等[物理流体（26）2509 1983]到大离子轨道。这两个极限之间的过渡在有限的β值的性质，然后阐明。低β形式主义也与m=n=1撕裂模和耗散内扭结模有关，因此将Pegoraro等人的工作[Phys.Fluids B（1）364 1989]扩展到包含温度扰动的更现实的电子模型，但随后利用耗散内扭结模频率的小性来获得在任意β下有效的新色散关系。给出了撕裂模和耗散内扭结模在“Delta素数”和β空间中的稳定性图。图中可以绘制出一段时间内电流分布演变的轨迹，为触发一次碰撞提供了一个模型。
2012-01-18 physics.plasm-ph
Study of the likelihood of Alfvénic mode bifurcation in NSTX and predictions for ITER baseline scenarios
在NSTX中发现了固定频率和啁啾相位之间的罕见Alfvénic波跃迁，通常观察到Alfvénic波表现出啁啾或雪崩响应。对于这些跃迁，我们应用一个标准[Duarte et al，Nucl.Fusion 57，054001（2017）]来预测托卡马克中快速离子再分布的性质处于对流或扩散非线性状态。对于NSTX放电中的过渡是不伴随着在束沉积功率或修改注入的射频功率的变化，它已被发现，异常的快速离子传输是固定频率模式的行为和快速啁啾之间的分叉可能的调解人。为了定量评估，使用GTS代码进行了静电离子温度梯度湍流和捕获电子模式湍流对啁啾的影响的全局陀螺动力学模拟。调查扩展的Alfvénic本征模式的基线ITER的情况下，包括榆树，先进的和混合的情况下，通过可能的光谱行为的预测研究。已经观察到，大多数模式被发现是稳定和啁啾相位之间的边界。
2018-02-16 physics.plasm-ph
Simultaneous measurements of unstable and stable Alfvén Eigenmodes in JET
本文报道了在JET托卡马克等离子体中同时测量到的不稳定和稳定的环形诱导阿尔文本征模（TAE）的新实验观察。采用三离子加热方案（D-DNBI-3 He）将氘核加速到MeV能量，从而使环形模数n = 3-5的TAE不稳定，每个模振幅减小。同时，Alfvén本征模有源诊断共振激发稳定的n = 6 TAE，总归一化阻尼率为$-γ/ω_0 \approx$ 1%-4%。混合动力学MHD建模与代码NOVA-K和MEGA都发现本征模式具有相似的频率，模式结构，和径向位置的实验。NOVA-K与n = 3、4和6 TAE表现出良好的一致性，在不确定性范围内匹配n = 6模式的阻尼率，并将辐射阻尼确定为主要贡献。改进的协议被发现与MEGA的所有模式：不稳定的n = 3-5和稳定的n = 2，6模式，与后两个稳定的较高的固有阻尼和较低的快速离子驱动，分别。虽然仍有一些差异有待解决，但这种独特的验证工作使我们对未来融合器械的TAE稳定性预测充满信心。
2022-08-09 physics.plasm-ph
Effects of the equilibrium model on impurity transport in tokamaks
给出了实际托卡马克几何结构中离子温度梯度模和俘获电子模驱动杂质输运的回旋动力学模拟，并与简化几何结构的结果进行了比较。gyrokinetic的结果，得到与基因代码在线性和非线性模式进行比较，在喷气式发动机的专用杂质注入放电的数据和分析。几个因素对热量和粒子输运的影响进行了讨论，贷款特别关注托卡马克的几何形状和旋转剪切。为此，使用s-α和同心圆平衡的结果进行比较，从JET实验的磁几何形状的结果。为了进一步接近实验条件，非线性陀螺动力学模拟进行碰撞和碳背景。杂质峰化因子，计算通过寻找对应于零粒子通量的局部密度梯度，进行了讨论。与简化几何形状相比，由于对流夹点的减少，在实际几何形状中杂质峰化因子被认为减少了~2倍。还可以看出，碰撞降低了低Z杂质的峰因子，同时增加了高电荷数的峰因子，这归因于随着碰撞的增加，输运光谱向更高波数的偏移。随着旋转扩散的增加，观察到峰值因子的总体降低，但这种降低不足以解释在JET中看到的平坦碳分布。
2013-12-19 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
Variability of MHD Instabilities in Benign Termination of High-Current Runaway Electron Beams in the JET and DIII-D Tokamaks
Columbia University（哥伦比亚大学）；CEA-IRFM（法国原子能和替代能源委员会研究部）；Institute of Plasma Physics of the CAS（捷克科学院等离子体物理研究所）；UKAEA（英国原子能管理局）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；General Atomics（通用原子能公司）
研究通过分析高电流 runaway 电子束的终止过程，探讨了磁流体动力学不稳定性在良性终止中的作用，发现边缘安全因子影响终止结果，且理想与电阻性动力学相互作用决定终止过程。
2026-02-12 physics.plasm-ph
Isotope effects and Alfven eigenmode stability in JET H, D, T, DT, and He plasmas
该研究利用 JET 托卡马克的主动诊断数据，构建涵盖 H、D、T、DT 和 He 的 AE 稳定性数据库，发现阻尼随氢质量增加而降低、随氦增加而升高，表明辐射阻尼主导，并验证了主动 MHD 谱学推断有效离子质量的可行性。
2024-05-28 physics.plasm-ph
