Gyrokinetic projection of the divertor heat-flux width from present tokamaks to ITER
本文采用XGC 1边缘回旋动力学程序对附着等离子体条件下偏滤器板热流宽度进行了高保真度的计算。模拟结果与从现有托卡马克装置获得的经验标度$λ_q \propto B_P^{-γ}$进行了验证，其中$λ_q$是映射到外侧中平面的偏滤器热流宽度，而$γ_q=1.19$由T. Eich等人[Nucl. Fusion 53（2013）093031]，并且$B_P$是外侧中平面分界线表面处的极向磁场的大小。当外推到ITER时，这种经验标度预测$λ_q \leq 1mm$，这将需要在Q=10的情况下以非常高的分界线密度$(n_{sep}/n_{Greenwald} > 0.6)$运行，以实现半分离等离子体操作和高辐射分数，从而导致可接受的偏滤器功率通量。然而，XGC 1预测ITER的$λ_q$超过5 mm，这表明在ITER Q=10的情况下，可以在更宽的等离子体分界线密度和辐射分数范围内获得可接受的偏滤器功率负载。这种差异背后的物理原因是，根据XGC 1的结果，虽然离子磁漂移的偏滤器热通量宽度的贡献是更广泛的，在目前的托卡马克，湍流电子的贡献是更广泛的ITER。高电流C-Mod放电被发现是在一个混合的制度：虽然由离子新古典磁漂移的热通量宽度仍然比湍流电子热通量宽度宽，热通量的大小是由较窄的电子热通量占主导地位。
2017-04-21 physics.plasm-ph
Gyrokinetic investigation of toroidal Alfven eigenmode (TAE) turbulence
针对环向阿尔芬本征模（TAE）影响聚变等离子体性能的问题，本研究采用全回旋动理学方法，明确了TAE的驱动机制与饱和关键因素，并发现其非线性拍频现象或有助于托卡马克中的TAE探测。
2024-04-29 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
Flow Shear Suppression of Pedestal Turbulence--A First Principles Theoretical Framework
本文提出了一种分析和计算相结合的回旋动力学方法来解决任意水平的$E \times B$剪切作用下基座湍流输运的标度问题。由于基座中的强梯度和成形，感兴趣的不稳定性不像核心不稳定性那样是曲率驱动的。通过大量的数值模拟（gyrokinetic），它表明，基座模式响应剪切抑制非常像一个基本的解析解相关理论的预测。两者之间的定量协议为我们提供了一个新的可靠的，第一原理（基于物理学）的理论框架来预测剪切抑制的燃烧等离子体，在于在低剪切制度目前的实验没有访问的功效。
2017-06-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory of toroidal Alfvén eigenmode saturation via nonlinear wave-wave coupling
本文证明了非线性回旋动理学理论是研究聚变等离子体中环向 Alfvén 本征模（TAE）非线性波波耦合过程（如带状场激发、频率级联和跨尺度耦合）的必要工具。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of ASDEX Upgrade up to the transport time-scale with GENE-Tango
准确描述湍流的传输时间尺度是必不可少的预测核心等离子体的配置文件，并使可靠的计算设计先进的方案和未来的设备。在这里，我们利用湍流和运输时间尺度之间的间隙分离，并耦合全球gyrokinetic代码GENE的运输求解器探戈，包括动力学电子，碰撞，现实的几何形状，环形旋转和电磁效应的第一次。这种方法克服了陀螺动力学代码的局限性，并使高保真度的轮廓计算在实验相关的等离子体条件下，显着降低了计算成本。我们目前的数值计算结果的GENE-Tango两个ASDEX升级放电，其中之一表现出明显的峰化的离子温度分布没有重现TGLF-ASTRA。我们表明，GENE-Tango可以正确捕获实验中观察到的离子温度峰值。通过在GENE模拟中保留不同的物理效果，例如，碰撞，环向旋转和电磁效应，我们证明了离子温度分布的峰值是由于电磁效应的亚边缘MHD不稳定性。基于这些结果，预期的GENE-Tango加速的ITER标准方案是大于两个数量级相比，一个单一的gyrokinetic模拟运输时间尺度，可能使第一原理ITER模拟可行的当前计算资源。
2022-04-12 physics.plasm-ph
Direct Gyrokinetic Comparison of Pedestal Transport in JET with Carbon and ITER-Like Walls
本文比较了两个有代表性的JET流场的回旋动力学不稳定性和输运，一个流场（脉冲78697）来自具有碳壁的JET构型（C），另一个流场（脉冲92432）来自安装了JET的ITER类壁（ILW）之后。选择放电用于比较在高电流（3 MA，也对应于低$ρ_*$）下具有良好约束的JET-ILW和JET-C放电，并保留JET-C和JET-ILW的区别特征，特别是JET-ILW的降低的基座顶部温度。曲线和加热功率的比较揭示了放电之间的明显质的差异：JET-ILW脉冲（92432）需要两倍的加热功率，在气体速率为$1.9 \times 10^{22}e/s$，以维持大约一半的JET-C脉冲（78697）的温度梯度，在零气体速率下操作。这表明热传输是限制JET-ILW基座的动力学的核心组成部分，并加强了以下新兴的JET-ILW基座传输范例，该范例被提出用于进一步的理论和实验研究。ILW条件以减小归一化基座密度梯度$a/L_n$的方式修改密度基座，通常经由密度基座的向外移位。这是由于直接金属壁效应和需要增加燃料以减轻钨污染的一些组合。对密度分布的修改增加了$η= L_n/L_T$，从而产生更鲁棒的离子温度梯度（ITG）和电子温度梯度驱动的不稳定性。JET-ILW（92432）的基座梯度降低也导致$E \times B$剪切速率大幅降低，进一步增强了离子尺度湍流。总的来说，这些效应限制了基座温度，并且需要…
2019-03-06 physics.plasm-ph
Numerics and computation in gyrokinetic simulations of electromagnetic turbulence with global particle-in-cell codes
本文用全球回旋动力学粒子格子程序ORB 5研究了托卡马克和仿星器等离子体中的电磁湍流。Lanti等人，Comp. Phys. Comm，第251卷，107072（2020）]和EUTERPE [V. Kornilov等人，Phys. Plasmas，第11卷，3196（2004）]。大纵横比托卡马克，缩小规模的ITER，和Wendelstein 7-X几何被认为是。主要目标是增加等离子体β，机器尺寸，离子与电子质量比，以及在这样的模拟中包括逼真的几何特征。研究了在部署大规模GPU的计算机系统上的相关数值要求和计算成本。这些都是必要的步骤，使电磁湍流模拟在未来的反应堆等离子体。
2021-05-04 physics.plasm-ph
Magnetically confined charged particles: From steep density profiles to the breaking of the adiabatic invariant
Aix Marseille Univ, Université de Toulon, CNRS, CPT（艾克斯-马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，理论物理中心）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，核聚变国际研究设施）
本研究探讨了磁约束等离子体中粒子轨迹稳定性及临界不变量破坏的机制，揭示了燃烧等离子体中高能粒子混沌动力学对回旋动能学建模基础的影响。
2025-12-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory with polynomial transforms: a model for ions and electrons in maximal ordering
我们提出了一种新的推导的回旋运动场粒子拉格朗日的非碰撞离子-电子等离子体在磁场背景的强烈变化（最大排序）。我们的方法遵循两步还原过程，其中引导中心坐标变换之后是单粒子相空间中的陀螺中心坐标变换。第一次，这两个步骤都在一个独特的方法，基于近身份的坐标变换构造为多项式变换。这些都是定义良好的变换，由有限数量的项组成，这些项相对于生成函数是线性和代数的。推导是在一个完全无量纲的框架内进行的，基于磁聚变实验ASDEX升级和ITER的参数。我们的方法导致一个gyrokinetic的离子和电子的Vlasov-Maxwell模型，而不使用Lie微扰方法。结果发现，基于所采用的排序，曲率项，如陀螺仪项和Baños漂移出现在一阶的离子哈密顿量，而离子极化项只出现在二阶。相比之下，曲率项是缺席的一阶电子哈密顿，而不是磁颤振发挥作用。
2019-09-11 physics.plasm-ph
Direct Comparison of Gyrokinetic and Fluid Scrape-Off Layer Simulations
本文对比了STEP聚变试点电站刮削层的流体与回旋动理学模拟，发现磁镜俘获和温度非平衡效应使动理学模拟中杂质被更有效约束在偏滤器区域，表明动理学模拟对偏滤器设计至关重要。
2025-04-11 physics.plasm-ph
Gyrokinetic prediction of core tungsten peaking in a WEST plasma with nitrogen impurities
本文通过全f回旋动理学模拟预测WEST等离子体芯部钨峰化，发现氮杂质虽降低新经典峰化但会削弱湍流屏蔽而增强总体钨峰化，为ITER电流爬升阶段杂质注入与ECRH加热策略提供依据。
2024-10-18 physics.plasm-ph
Saturation of fishbone instability by self-generated zonal flows in tokamak plasmas
本研究通过回旋动力学模拟揭示DIII-D中自生带状流主导鱼骨不稳定性非线性饱和，并定量解释实验观测，同时预测ITER中鱼骨导致的高能粒子再分布较弱。
2024-01-22 physics.plasm-ph
A quasi-linear model of electromagnetic turbulent transport and its application to flux-driven transport predictions for STEP
本研究基于STEP相关参数的高β电磁非线性回旋动理学模拟数据库，建立全电磁准线性降维输运模型，植入T3D求解器开展首次STEP通量驱动模拟，验证其可描述hybrid-KBM湍流主导的输运稳态，支持STEP存在与概念设计功率相当的聚变稳态。
2025-01-09 physics.plasm-ph
Enhancing predictive capabilities in fusion burning plasmas through surrogate-based optimization in core transport solvers
MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；General Atomics（通用原子公司）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；Meta
提出PORTALS框架，结合代理建模与优化，使非线性回旋动力学模拟可低成本、高精度预测芯部等离子体剖面，并在DIII-D五通道稳态剖面预测中验证。
2024-04-09 cs.LG physics.comp-ph physics.plasm-ph
Heuristic predictions of RMP configurations for ELM suppression in ITER burning plasmas and their impact on divertor performance
本研究预测了ITER燃烧等离子体中用于ELM抑制的RMP构型子空间，发现其能降低芯部扰动并保持边界稳定，同时通过扩大热负荷条带宽度使外靶板热负荷低于10 MW m⁻²，但内靶板因热流增加和辐射效率降低出现重新附着现象。
2024-01-17 physics.plasm-ph
A polarization-based Thomson scattering technique for burning plasmas
传统的汤姆逊散射诊断是基于散射光的波长谱的测量，其中电子温度测量是从散射激光的热加宽推断的。在足够高的温度下，特别是在ITER和其他燃烧等离子体中预测的温度下，相对论效应会导致散射光子的偏振态发生变化。所得到的散射光的去偏振是依赖于温度的，并且已经在其他地方被提出作为传统光谱分解技术的潜在替代方案。在类似的工作之后，我们解析地计算了非相干汤姆逊散射的偏振度。首次得到了对入射激光偏振态和电子温度全范围都有效的精确结果。虽然以前的工作只集中在线性偏振，我们表明，圆偏振入射光优化的程度去偏振相关的燃烧等离子体的温度范围很广。讨论了基于偏振的汤姆逊散射诊断类ITER等离子体的可行性，包括线偏振光和圆偏振光，并与传统技术进行了比较。
2013-09-19 physics.plasm-ph
On the importance of parallel magnetic-field fluctuations for electromagnetic instabilities in STEP
本文针对STEP托卡马克等离子体，通过回旋动理学模拟研究平行磁场涨落对电磁不稳定性的影响，分析MHD近似的适用性及局限性，明确大输运状态的成因并非仅源于δB∥物理。
2024-05-20 physics.plasm-ph
Electromagnetic turbulence suppression by energetic particle driven modes
近年来，在大量的磁约束实验和相应的回旋动力学模拟中，已经报道了高能粒子存在下等离子体湍流的强烈减少。虽然与燃烧等离子体的性能预测高度相关，但到目前为止，对这种主要非线性效应的解释仍然难以捉摸。一个彻底的分析发现，线性边缘稳定的高能粒子驱动模式被激发非线性，消耗湍流的能量含量，并作为一个额外的催化剂的能量转移到带状模式（占主导地位的湍流饱和通道）。相应的签名被发现在一些不同的JET和ASDEX升级放电与减少运输水平归因于高能离子效应的模拟。
2018-12-10 physics.plasm-ph
Spectrally Accelerated Edge and Scrape-Off Layer Gyrokinetic Turbulence Simulations
本文在full-f GK代码GENE-X中首次采用速度空间谱方法加速边缘与刮削层湍流模拟，在TCV-X21案例中实现约50倍加速并保持高保真度，使中型装置的高效GK模拟成为可能。
2024-11-14 physics.plasm-ph
Sensitivity Analysis of Transport and Radiation in NeuralPlasmaODE for ITER Burning Plasmas
Fusion Research Center, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA（融合研究中心，佐治亚理工学院，亚特兰大，GA，美国）
本研究扩展了基于神经常微分方程的NeuralPlasmaODE模型，对ITER燃烧等离子体的输运与辐射机制进行敏感性分析，揭示了磁场强度、安全因子及杂质含量对能量约束的主导影响，并证明了该模型在预测建模与场景优化中的实用价值。
2025-07-13 cs.LG physics.plasm-ph
Axisymmetric Gyrokinetic Simulation of ASDEX-Upgrade Scrape-off Layer Using a Conservative Implicit BGK Collision Operator
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
针对聚变等离子体高碰撞区动理学模拟显式积分时间步长受限、计算成本高的问题，在Gkeyll框架中实现守恒隐式BGK碰撞算子，实现ASDEX-Upgrade刮削层模拟56倍加速且结果与高精度LBD算子吻合。
2025-11-13 physics.plasm-ph
On electromagnetic turbulence and transport in STEP
首次对反应堆级紧凑环径比托卡马克STEP燃烧等离子体阶段的电磁湍流进行非线性局部动理学模拟，发现混合动理学气球模主导湍流输运，而平衡流剪切和增加安全因子或压力梯度可有效降低输运水平。
2024-03-24 physics.plasm-ph
Application of Neural Ordinary Differential Equations for ITER Burning Plasma Dynamics
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究将基于Neural ODEs的NeuralPlasmaODE模型结合迁移学习，用于模拟ITER燃烧等离子体动力学，验证了其可有效防止热失控，展现了机器学习在聚变研究中的应用潜力。
2024-12-12 cs.LG physics.plasm-ph
Neural network assisted electrostatic global gyrokinetic toroidal code using cylindrical coordinates
为克服磁通坐标在磁分界面处的奇异性限制，开发了神经网络辅助的柱坐标全局回旋动理学代码G2C3，利用神经网络混合方案加速粒子定位与场插值，并成功验证了DIII-D托卡马克的线性离子温度梯度模拟。
2024-08-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Fast transport simulations with higher-fidelity surrogate models for ITER
本文提出基于准线性GENE数据集训练神经网络并标定饱和规则的快速湍流输运模型，其速度比原GENE准线性计算快约八个数量级，且ITER聚变增益预测与目标一致。
2023-06-01 physics.plasm-ph
Dynamics of ion temperature gradient modes in burning plasma conditions in the presence of energetic particles
Laboratoire de Physique des Plasmas, CNRS, Université Paris Saclay, Ecole Polytechnique, Sorbonne Université, Observatoire de Paris（等离子体物理实验室，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学，巴黎综合理工学院，索邦大学，巴黎天文台）；De Vinci Higher Education, De Vinci Research Center（德文奇高等教育，德文奇研究中心）；Max Planck Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
研究燃烧等离子体条件下高能粒子与离子温度梯度模的相互作用，发现两种稳定机制并验证其在ITER场景中的有效性。
2026-01-09 physics.plasm-ph
Sensitivity of alpha-particle-driven Alfven eigenmodes to q-profile variation in ITER scenarios
一个微扰混合理想MHD/漂移动力学的方法来评估α粒子驱动的阿尔芬本征模燃烧等离子体的稳定性是用来表明，某些预见的ITER的情况下，即IP = 15 MA基线的情况下，非常低和广泛的核心磁剪切，是敏感的背景磁平衡的微小变化。轻微的变化（1%的顺序）轴上的安全系数值被认为是导致大的变化的增长率，环形模式数，和径向位置的最不稳定的eigenmodesfound. The观察到的灵敏度示出从非常低的磁剪切值达到整个等离子体核心，提高问题的可靠预测α粒子运输燃烧等离子体。
2016-04-21 physics.plasm-ph
Towards the Use of Anderson Acceleration in Coupled Transport-Gyrokinetic Turbulence Simulations
针对磁约束聚变等离子体模拟中输运与湍流时间尺度差异的问题，将Tango求解器与SUNDIALS中KINSOL的安德森加速功能对接，结合GPTune自动调参，实现了更快收敛并提升了鲁棒性。
2024-09-13 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Effect of turbulence on electron cyclotron current drive and heating in ITER
本文对q=3/2和q=2两种表面进行了ITER标准方案H模的非线性局部电磁回旋湍流模拟。湍流输运的电子回旋波加热的电子的速度空间特征的区域中检查。电磁涨落和次主导的微撕裂模式被发现有助于显着的加速电子的运输，即使他们只有一个小的影响，散装物种的运输。共振通过电子的粒子扩散率小于0.15 m^2/s，热导率小于2 m^2/s。扩大的电流驱动和能量沉积在ITER的影响进行了讨论。
2014-07-29 physics.plasm-ph
Modeling helium compression and enrichment in DIII-D edge plasmas using the SOLPS-ITER code
该研究利用 SOLPS-ITER 模拟 DIII-D 注氦放电，分析偏滤器中氦的输运、再循环与富集，并评估氚燃烧效率指标的可行性。
2025-07-24 physics.plasm-ph
How Fusion-Born Alpha Particles Suppress Microturbulence in Burning Plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）
研究通过自洽模拟揭示融合生α粒子通过抑制离子尺度湍流提升约束性能，其机制涉及非线性增强的环形流动抑制湍流传输，从而增强核心剖面峰值并形成正反馈循环。
2026-05-11 physics.plasm-ph
Trinity: A Unified Treatment of Turbulence, Transport, and Heating in Magnetized Plasmas
为了忠实地模拟ITER和其他现代聚变装置，必须在五维相空间和时间中解析电子和离子的波动尺度。同时，必须考虑这种湍流与大尺度等离子体轮廓的缓慢演变的相互作用。由于涉及的规模和高维问题的巨大范围，解决第一性原理全球模拟是非常具有挑战性的使用传统的（蛮力）技术。在这篇论文中，解决湍流的问题是通过发展速度空间分辨率诊断和自适应碰撞性，允许使用近似的最小必要耗散的速度空间动力学的置信模拟。关于大范围的尺度，已经开发了一种新的方法，其中湍流计算从多个回旋通量管模拟耦合在一起使用传输方程，以获得自洽的，稳态的背景配置文件和相应的湍流通量和加热。这种方法体现在一个新的代码，三位一体，这是能够发展平衡配置文件的多个物种，包括电磁效应和现实的磁性几何形状，在传统的全球模拟的成本的一小部分。此外，一个先进的模型物理碰撞运营商的陀螺动力学已被推导和实施，允许研究碰撞湍流加热，这还没有得到广泛的研究。为了证明耦合通量管方法的实用性，从三位一体模拟的ITER等离子体的核心的初步结果。
2009-01-22 physics.plasm-ph
5D Neural Surrogates for Nonlinear Gyrokinetic Simulations of Plasma Turbulence
ELLIS Unit, LIT AI Lab, Institute for Machine Learning, JKU Linz（ELLIS单元、LIT AI实验室、林茨约翰内斯·开普勒大学机器学习研究所）；UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)（英国原子能管理局）；Emmi AI GmbH（Emmi AI有限公司）
针对等离子体湍流非线性回旋动力学模拟5D分布函数数值求解成本高的问题，提出将分层视觉Transformer扩展到五维并在绝热电子近似下训练的神经替代模型，其单步预测速度比数值代码快两个数量级，可加速核聚变能源部署。
2025-02-11 cs.AI cs.LG physics.plasm-ph
Saturation of fishbone instability through zonal flows driven by energetic particle transport in tokamak plasmas
本研究通过回旋动力学模拟揭示鱼骨模不稳定性可自生带状流并主导其饱和，该机制获DIII-D实验验证，并可能用于ITER高性能场景设计。
2024-02-06 physics.plasm-ph
Nonlinear Energetic Particle Transport in the Presence of Multiple Alfvenic Waves in ITER
本文采用HAGIS-LIGKA非线性混合模型对环形Alfven本征模进行了多模ITER研究。研究发现，早期ASDEX升级放电研究的主要结论可以转移到ITER方案：全球性的，非线性效应是至关重要的多模方案的演变。这项工作的重点是ITER 15 MA的基线方案，在磁轴的安全系数为$q_0 =$ 0.986。系统的最小阻尼本征模态的陀螺动力学，非微扰LIGKA求解器，涉及模式结构，频率和阻尼。考虑到所有的弱阻尼模式，可以线性识别，非线性模拟与HAGIS揭示了强大的多模行为：而在某些参数范围内，准线性估计结果是合理的近似的非线性松弛高能粒子的轮廓，在一定条件下，低n TAE分支可以激发。结果，不仅所有模式的振幅增长到（高达数量级）比单模情况更高的值，而且在$ρ_\mathrm{pol} =$ 0.6和0.85之间的外径向区域中触发强重新分布，远高于准线性估计。
2015-09-14 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
Multi-scale analysis of global electromagnetic instabilities in ITER Pre-Fusion-Power Operation plasmas
全球电磁陀螺动力学模拟与粒子在细胞代码ORB 5的ITER预聚变功率运行（PFPO）等离子体的情况下，与半场（2.65 T）和半电流（7.5 MA）。我们报告的“多尺度”分析的放电，考虑本征模和不稳定性跨越三个尺度的长度。虽然该方案名义上将有中性束加热与粒子注入1 MeV，阿尔文本征模式进行了研究，在没有这样的源，和反向剪切（RSAE），环形（TAE）和椭圆（EAE）阿尔文本征模式被发现与弱阻尼适度低的环形模式数（$10 \leq n \leq 35$）。在更高的环形模数（$40 \leq n \leq 70$），不稳定的阿尔芬模式已被观察到接近合理的表面，并被标记为β诱导阿尔芬本征模式（BAE）/阿尔芬离子温度梯度（AITG）模式，因为它们的频率与BAE间隙相关，它们是由阿尔芬连续体上的体等离子体驱动的。这些模式在没有高能粒子的情况下是不稳定的，并且添加一种高能粒子（具有各向同性的1 MeV减速分布）对其生长速率的影响可以忽略不计。在较高的环模数（$150 \lessapprox n < 220$），低频微尺度不稳定性观察。
2022-03-03 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
Targeting realistic geometry in Tokamak code Gysela
在用于托卡马克的磁约束等离子体中，湍流是限制这类反应堆性能的特定输运的原因。陀螺运动模拟能够捕获引起热损失的离子和电子湍流，但也需要最先进的HPC技术来处理计算成本。这种模拟是一个重要的工具，以建立良好的运行制度，在托卡马克，如ITER，这是目前正在建设。陀螺动力学仿真的一些关键问题是：高效和鲁棒的数值格式，精确的几何描述，良好的并行算法。这项工作的框架是半拉格朗日设置为解决陀螺Vlasov方程和Gyseka代码。本文提出了一种新的插值方法，它可以处理极向平面中r=0处的网格奇异性（极坐标系用于Gysela中的矩）。为了节省内存和计算量，提出了极向面非均匀网格划分方法。为了处理非均匀网格，对插值方法、gyroaverage算子和Poisson求解器进行了修正。建立从极坐标到更真实的等离子体形状的双射的映射被用来提高真实性。收敛性研究，以建立我们的新方法的有效性和鲁棒性。
2017-11-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Alpha particle driven Alfvénic instabilities in ITER post-disruption plasmas
聚变产生的α粒子在ITER破坏模拟研究作为一个可能的驱动器Alfvénic不稳定性。这些波驱逐失控的电子（RE）种子粒子的能力进行了探索，在追求一个被动的，固有的RE缓解方案。使用耦合到流体破裂模拟的线性化Fokker-Planck求解器CODION计算破裂过程中α粒子分布的时空演变。这些模拟是在热淬火期间没有α粒子传输的限制下进行的，这可以被视为最悲观的情况，其中也没有RE种子传输。在这些假设下，所产生的α粒子群的径向各向异性提供自由能，以在破裂的淬灭阶段驱动Alfvénic模式。我们使用线性gyrokinetic磁流体动力学代码LIGKA计算的Alfvén谱，发现平衡是能够维持广泛的模式。利用波粒相互作用工具HAGIS计算了模式振幅和α分布的自洽演化。中间模式数（$n=7-15,~22-26$）环形Alfvén本征模（TAE）显示饱和的幅度高达$δB /B \approx 0.1$ \%的空间制度的RE种子形成的关键。我们发现，模式振幅预测是足够大，允许显着的径向运输的逃逸电子的可能性。
2021-04-16 physics.plasm-ph
Simulation and analysis of a high-k electron scale turbulence diagnostic for MAST-U
本研究开发了一种结合波束追踪与回旋动理学模拟的合成诊断建模框架，为MAST-U提出了一种基于毫米波的集体散射仪器，用于测量芯部和边缘的电子尺度湍流，并验证了其在ETG湍流测量及未来反应堆燃烧等离子体场景中的适用性。
2024-08-28 physics.plasm-ph
Constructing a new predictive scaling formula for ITER's divertor heat-load width informed by a simulation-anchored machine learning
偏滤器热负荷宽度$λ_q$的理解和预测对于ITER在高聚变增益下更容易和更稳健的运行是一个至关重要的问题。在美国三个主要托卡马克装置中，在附加偏滤器等离子体条件下的静电极限中，使用极端尺度边缘回旋动力学代码XGC 1，对$λ_q$进行了先前的预测模拟数据[C.S. Chang等人，Nucl. Fusion 57，116023（2017）]再现了Eich和Goldston附着偏滤器公式结果[T. Eich等人，Nucl. Fusion 53，093031（2013）; R. J. Goldston，Nucl. Fusion 52，013009（2012）]，并且还预测了比全功率（Q = 10）场景ITER等离子体上的最大Eich和Goldston公式预测宽六倍以上的$λ_q$。在添加来自最高电流JET和最高电流Alcator C-Mod上的进一步预测模拟的数据之后，机器学习程序用于识别$λ_q$的新标度公式，作为对Eich公式#14的简单修改，其再现了当前托卡马克的Eich标度公式，并且包含全电流Q = 10 ITER等离子体的宽$λ_q^X{GC}$。新的公式，然后成功地测试了三个ITER等离子体：两个对应于长期燃烧的情况下，Q = 5和一个在低等离子体电流将探讨在ITER运行的初始阶段。产生更宽的$λq ^{XGC}的新物理被确定为穿过磁分界线的弱碰撞、俘获电子模式湍流，这是已知…
2021-01-05 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
A coherent structure transport model for scrape-off layer turbulence
Renewable and Sustainable Energy Institute, University of Colorado（科罗拉多大学可再生与可持续能源研究所）；Lodestar Research Corporation（洛德斯特研究公司）；Center for Integrated Plasma Studies, University of Colorado（科罗拉多大学综合等离子体研究中心）；General Atomics（通用原子能公司）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
利用GEMX模拟和SOLPS-ITER背景电场，结合相干结构输运(CST)模型研究偏滤器热流宽度，得到λ_q的1/B_p标度，并发现由团块湍流引起的次级热流峰。
2026-06-25 physics.plasm-ph
Microtearing Thresholds and Second-Stable Ballooning in the DIII-D Pedestal: Reduced Modeling and Core-Edge Implications
Oden Institute, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校奥登研究所）
通过研究DIII-D装置中三种放电的42个踏板平衡，探讨踏板稳定性及其对结构和约束的影响。微撕裂模式和动能膨胀模式是主要离子尺度不稳定性，其阈值行为和运输特性对核心-边缘耦合有重要影响。
2026-03-24 physics.plasm-ph
Suppressed Stiffness of energetic particle transport due to thermal plasma nonlinearity in tokamak plasmas
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
通过全局回旋动理学模拟，发现热等离子体非线性效应可降低高能粒子输运刚度，改变模式饱和标度，对ITER等燃烧等离子体预测建模至关重要。
2026-06-15 physics.plasm-ph
Machine-learning surrogate models for nonlinear energetic-particle transport predictions in ITER
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Institute for Fusion Studies, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）；Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
本研究针对ITER稳态工况，开发了高斯过程回归与分层神经网络两种机器学习代理模型，可高精度快速预测高能粒子输运并估计不确定性，计算成本较原模拟降低5至6个数量级，为集成建模提供支撑。
2026-08-12 physics.plasm-ph
Microturbulence-mediated route for energetic ion transport and Alfvénic mode intermittency in tokamaks
我们报告的理论发现的新制度的阿尔文本征模（AE）诱导的快速离子输运在托卡马克等离子体中，微湍流起着调解人的作用的快速离子弛豫。库仑碰撞散射单独导致小的AE振幅，并没有重现实验中观察到的稳态制度。我们表明，在非线性制度的有效俯仰角散射由于微湍流可以导致稳态声发射振幅的演变。这表明了一种新的快速离子损失途径，这超出了“微湍流引起的高能离子输运在托卡马克中是不重要的”[D。C.佩斯等人，等离子体20（2013）056108]。因此，微湍流可以显着增加的幅度AE在预测模拟燃烧等离子体实验，如ITER。
2020-09-04 physics.plasm-ph
Ion-temperature-gradient turbulence from finite to weak magnetic shear regime
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究揭示弱磁剪切下ITG湍流径向宽度受微各向同性约束，提出临界剪切判据，并经模拟验证，解释内部输运垒形成机制。
2026-09-29 physics.plasm-ph
Scenario adaptive disruption prediction study for next generation burning-plasma tokamaks
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院等离子体物理研究所）；General Atomics（通用原子公司）
下一代高性能（HP）托卡马克在大电流和大功率下有可能受到严重破坏。基于设备的低性能（LP）数据，实现设备HP运行的可靠中断预测是成功的关键。在这封信中，通过探索性的数据分析和专门的数值实验，对多个现有的托卡马克，我们演示了如何托卡马克的操作制度可以影响一个训练有素的中断预测的权力。首先，我们的研究结果表明，数据驱动的中断预测丰富的LP放电训练工作差的HP制度的相同托卡马克，这是一个结果的紧密相关的信号在这两个制度的中断的不同分布。其次，我们发现托卡马克之间的操作参数匹配大大提高了跨机器的准确性，这意味着我们的模型从底层的无量纲物理参数，如q_{95}，β_{p}的标度学习，并从数据驱动的角度证实了这些参数在破坏物理和跨机器域匹配中的重要性。最后，我们的研究结果表明，如何在没有HP数据从目标设备，HP政权的目标机器的最佳预测，可以通过结合LP数据从目标与HP数据从其他机器。这些结果提供了一个可能的中断预测器的发展战略，为下一代托卡马克，如ITER和托卡马克，并强调现有的机器上发展的重要性，未来的托卡马克基线方案放电收集更多相关的破坏性数据。
2021-09-18 cs.LG 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
Generalised ballooning theory of two dimensional tokamak modes
在这项工作中，使用本地gyrokinetic磁通管代码与高阶气球理论相结合的解决方案，一种新的分析方法，以重建全球的线性模式结构与相关的全球模式频率。除了孤立模态（IM）（通常在外侧中平面上达到峰值）之外，高阶气球理论还捕获了其他类型的不太稳定的全局模态：（a）弱非对称气球理论（WABT）预测了一个混合模（MM），它经历了一个远离外侧中平面的小极向位移，（b）在托卡马克等离子体的顶部（或底部）存在相对稳定的一般模（GM）气球。在本文中，一个分析方法的发展，结合这些断开的分析限制到一个单一的广义气球理论（GBT）。这是用来调查如何IM行为的剪切环流的影响下。对于小的流量值，IM最初转换为MM，其中WABT的结果被重新捕获，并且最终，随着流量的增加，模式渐进地成为等离子体顶部（或底部）的GM。这可能是模型中的一个成分，用于理解为什么在某些实验场景中，观察到的不是大边缘局部模式（ELMs），而是小ELMs。最后，我们的理论可以有其他重要的后果，特别是计算雷诺应力驱动的内在旋转通过径向不对称的全球模式结构。了解的内在旋转是重要的，因为在等离子体的外部扭矩的大小ITER预计是相对较低的。
2017-10-12 physics.plasm-ph
Assessing the Impact of Alpha Particles on Thermal Confinement in JET D-T Plasmas through Global GENE-Tango Simulations
本文利用全局 GENE-Tango 模拟研究 JET D-T 等离子体中 α 粒子对热约束的影响，发现 α 粒子对湍流输运影响可忽略，但 α 加热显著影响电子温度峰化；提高 α 密度至 ITER 水平后湍流显著失稳。
2024-06-11 physics.plasm-ph
