Modeling turbulent energy behavior and sudden viscous dissipation in compressing plasma turbulence
我们提出了一个简单的模型，亚音速等离子体湍流的湍流动能行为进行各向同性三维压缩，如可能存在于各种惯性约束聚变实验或天体物理设置。等离子体粘度取决于温度和电离状态，对于这两种情况，许多可能的压缩定标是可能的。例如，在绝热压缩中，温度缩放为$1/L^2$，其中$L$为线性压缩比，但是如果考虑了热能损失机制，则温度缩放可能较弱。因此，粘度对压缩具有宽范围的净依赖性。这里提出的模型，没有参数的变化，同意以及数值模拟的范围内，这些依赖关系。该模型允许在压缩等离子体中的热能和湍流能之间的注入能量的分配的预测。
2018-02-19 physics.plasm-ph
Temperature separation under compression of moderately-coupled plasma
本研究针对中等耦合等离子体压缩加热的能量分配问题，推导双温准状态方程，揭示无碰撞下的关联加热及压缩致温度分离效应，可为惯性约束聚变点火方案设计提供参考。
2023-07-21 physics.plasm-ph
Physics-Informed Machine Learning Approach to Modeling Line Emission from Helium-Containing Plasmas
本文提出一种结合CRM与实验模型的混合神经网络方法用于含氦等离子体线发射建模，发现集成模型提升了电子温度预测精度，且在数据受限时CRM模型表现更优。
2025-06-25 physics.plasm-ph
Experimental validation of a fast control-oriented, physics-informed surrogate model for plasma equilibrium reconstruction in the TCV tokamak
University of Padova（帕多瓦大学）；Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
提出一种物理信息神经网络代理模型替代平衡重建代码，实现低于100微秒推理时间，支持10kHz形状控制，并在TCV托卡马克上离线与实时验证。
2026-09-24 physics.plasm-ph
Low-temperature plasma simulation based on physics-informed neural networks: frameworks and preliminary applications
等离子体模拟是研究等离子体行为的重要手段，有时甚至是唯一的手段。在这项工作中，我们提出了两个通用的人工智能驱动的框架，用于低温等离子体模拟：系数子网物理信息神经网络（CS-PINN）和龙格库塔物理信息神经网络（RK-PINN）。CS-PINN使用神经网络或插值函数（例如样条函数）作为子网来近似与溶液相关的系数（例如电子碰撞截面、热力学性质、输运系数等）。等离子体方程。在此基础上，RK-PINN将隐式Runge-Kutta形式化引入神经网络，实现了对瞬态等离子体的大时间步长预测。CS-PINN和RK-PINN都学习了从时空空间到方程解的复杂非线性关系映射。基于这两个框架，我们展示了初步的应用程序的四个案例涵盖等离子体动力学和流体建模。结果表明，CS-PINN和RK-PINN在求解等离子体方程时都具有良好的性能。此外，RK-PINN有能力产生一个很好的解决方案，瞬态等离子体模拟不仅时间步长大，但有限的噪声传感数据。
2022-06-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Physics-Informed Neural Networks for High-Precision Grad-Shafranov Equilibrium Reconstruction
本文提出多阶段物理信息神经网络求解Grad-Shafranov方程，实现误差达$O(10^{-8})$的高精度等离子体平衡重建。
2025-07-22 physics.plasm-ph
Magnetothermodynamics: measuring the equations of state of a compressible magnetized plasma
磁热力学（MTD）是研究磁化等离子体的压缩和膨胀，着眼于确定磁惯性聚变实验的状态方程。我们提出了最近的结果从SSX实验压缩磁化等离子体的热力学。在这些实验中，我们产生扭曲的磁化，放松等离子体加速从一端的$1.5~m$长铜磁通守恒的磁通绳，并观察它们的压缩在一个封闭的导电边界安装在另一端。在压缩过程中测量等离子体参数。在压缩过程中的离子加热的情况下，通过使用测量的密度，温度和磁化等离子体的体积构建PV图来确定。理论预测的MHD和双绝热（CGL）状态方程的实验测量进行比较，以估计压缩等离子体的绝热性质。由于我们的磁化等离子体弛豫到磁流体力学所描述的平衡，人们可能会期望它们的热力学由相应的状态方程控制。然而，我们发现磁流体动力学状态方程是不支持我们的数据。我们的结果更符合平行CGL状态方程，表明这些弱碰撞等离子体的质子能量的大部分方向平行于磁场。
2018-11-16 physics.plasm-ph
Learning Heat Transport Kernels Using a Nonlocal Heat Transport Theory-Informed Neural Network
提出一种基于非局域理论信息神经网络的数据驱动框架，从动力学模拟中学习时空热通量核，实现等离子体非局域热输运的准确建模。
2025-06-19 physics.plasm-ph
Current limiting effects on laser compression by resonant backward Raman scattering
通过共振后向拉曼散射，等离子体波介导长泵浦脉冲和短种子激光脉冲之间的能量转移。这些调解可以导致在非常高的功率脉冲压缩。然而，能量转移的总效率和放大脉冲的持续时间都取决于等离子体波激发的持续性。至少关于最近的现有技术的实验，可以推断出，目前放大器的实验实现的效率可能主要受两种效应约束，即泵浦啁啾和等离子体波的破波。
2011-01-05 physics.plasm-ph
Alternating Current Adiabatic Compression Tokamak: A New Way to Fusion Reactor
提出了一种新的磁约束聚变方案。简单的数值计算表明，在托卡马克中，通过大小半径绝热压缩，仅用OH加热就可以实现D-T等离子体的点火。压缩等离子体的密度和温度可分别达到1-3*10^22/m^3和15- 25 keV。在R 0 = 1.8m的情况下，交流绝热压缩脉冲可产生400 MW聚变功率。
2018-06-15 physics.plasm-ph
A Physics-Informed Neural Network for Solving the Quasi-static Magnetohydrodynamic Equations
University of Florida（佛罗里达大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出一种新的物理信息神经网络，用于在对称托卡马克几何中学习时间依赖的准静态磁流体动力学方程，无需实验或合成数据。该方法在ITER类托卡马克中展示了神经网络学习MHD系统解并预测垂直位移等离子体的能力。
2026-04-22 physics.plasm-ph
Simulation of trapped non-neutral plasma dynamics with rotating wall compression
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI亥姆霍兹重离子研究中心有限公司）
本研究采用谱宏粒子模拟方案，首次在彭宁-马尔姆伯格阱中模拟旋转壁驱动下非中性等离子体动力学，重现模式演化、模式混合并获取压缩率与驱动频率的依赖关系，为等离子体研究提供新工具。
2026-08-21 physics.plasm-ph
New longitudinal mode and compression of pair ions in plasma
正离子和负离子形成所谓的对等离子体，其电荷的符号不同，但在质量和温度上不对称，支持一种新的声学模式，其中较重离子的阻尼占主导地位。本文还研究了电子束诱发切伦科夫不稳定性激发离子声波的条件。当两种离子的数密度、温度和质量存在差异时，该束可以在电子存在的情况下在离子对等离子体中产生扰动。基本的重点是离子声波的聚焦，我们展示了如何，在该地区的波能的本地化，对粒子的密度增加，而电子被推离该地区。此外，波的这种定位取决于脉冲的形状。考虑到煎饼和子弹形脉冲的例子，我们发现，只有前者导致压缩的对离子在超声制度的聚焦区。在这里，纯对粒子可能存在的区域也可以推测，这不仅是有用的学术观点，但也模仿等离子体的情况（正负电子不对称和对称）在天体物理环境中观察到的。
2016-06-21 physics.plasm-ph
Particle-In-Cell Informed Kinetic Modeling of Nonlinear Skin Effects in Low-Frequency Inductively Coupled Plasmas
本研究通过二维PIC模拟发现低频ICP中电子在RF磁场中的非线性运动，并发展新动力学理论及全局模型耦合方法，准确预测电子电流、温度与密度。
2025-09-09 physics.plasm-ph
Invariant regimes of Spencer scaling law for magnetic compression of rotating FRC plasma
本文通过NIMROD模拟与Spencer一维理论对比，证明旋转FRC磁压缩的压强和半径标度在压缩比达6时保持不变，并揭示其源于角动量守恒。
2024-06-11 physics.plasm-ph
Laser pulse compression by a density gradient plasma for exawatt to zettawatt lasers
我们提出了一种新的方法，用于激光脉冲压缩，利用空间变化的分散的等离子体羽密度梯度。该方案可用于大功率激光器的压缩。一个长的，负频率啁啾，激光脉冲反射过密等离子体的等离子体斜坡。当密度纵向增加时，激光脉冲前部的高频光子比低频光子传播得更深，脉冲以类似于压缩啁啾镜的方式被压缩。使用一维（1-D）粒子细胞（PIC）模拟代码的原理证明模拟演示了2.35 ps激光脉冲压缩到10.3 fs，压缩比为225。由于等离子体是鲁棒的并且对高强度有抵抗力，与啁啾脉冲放大（CPA）技术[1]中的光栅不同，该方法可以用作压缩器以达到艾瓦或泽瓦峰值功率激光器。
2022-08-18 physics.optics 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
Laser Compression via fast-extending plasma gratings
本研究提出一种通过电离受激布里渊散射产生的高声波形成快速扩展等离子体光栅的激光压缩新方法，经模拟验证可在近80%效率下将13ps泵浦脉冲压缩至7.2fs，为产生临界激光功率提供了高效鲁棒的新途径。
2021-03-08 physics.plasm-ph
X-ray Raman compression via two-stream instability in dense plasmas
提出了一种适用于X射线的拉曼压缩方案，其中朗缪尔波由强光束而不是种子脉冲和泵浦脉冲之间的有质动力势产生。与常规可用的其他拉曼压缩方案相比，能够实现压缩的种子和泵浦脉冲的所需强度可以减轻100倍以上。X射线的相关波长范围为1至10 nm。
2011-03-27 physics.flu-dyn physics.plasm-ph quant-ph
Dispersive Properties of Plasma Diffraction Gratings: Towards Plasma-Based Laser Pulse Compression
Stanford University（斯坦福大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过实验测量等离子体传输光栅的角色散、角带宽和衍射角，证实其色散和衍射特性与光学理论一致，为等离子体光栅压缩器设计提供可能方案，指向皮瓦至艾瓦峰值功率紧凑激光器的发展路径。
2026-04-29 physics.optics physics.plasm-ph
On Stability of Targets for Plasma Jet Induced Magnetoinertial Fusion
利用FronTier程序对等离子体射流诱导磁惯性聚变（PJMIF）中等离子体靶的压缩和稳定性进行了大规模模拟研究。在PJMIF概念中，由大量径向、超音速等离子体射流合并形成的等离子体衬里在磁化等离子体靶上内爆并将其压缩到聚变点火的条件。为了减少计算时间，提出了一种多级计算方法来模拟衬层-靶相互作用和等离子体靶的压缩。模拟显示了目标压缩过程的重要特征，包括目标的不稳定性和解体。等离子体射流以及它们之间的斜激波引起的衬层前缘的不均匀性，导致靶压缩过程中的不稳定性。采用波前跟踪的方法，对目标的运动进行了三维仿真研究。还进行了不同喷射数的靶压缩的优化研究。
2015-12-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetothermodynamics: Measurements of the thermodynamic properties in a relaxed magnetohydrodynamic plasma
我们在实验室实验中探索了压缩磁化等离子体的热力学，我们称这些研究为“磁热力学”。实验是在斯沃斯莫尔Spheromak实验装置上进行的。在该装置中，磁化等离子体源位于一端，并且在另一端，安装封闭的导电罐。我们产生包裹的磁化等离子体和观察他们的压缩对端壁的导电圆柱。分别用HeNe激光干涉法、离子多普勒光谱法和线性$\dot{B}$探针阵列测量了压缩过程中等离子体的密度、温度和磁场等参数。为了确定在压缩过程中的离子加热的情况下，PV图构建使用测量的密度，温度，和代理的磁化等离子体的体积。不同的状态方程进行了分析，以评估压缩等离子体的绝热性质。采用三维电阻磁流体动力学程序（NIMROD）模拟了扭转泰勒态，并显示了对封闭导电罐端壁的停滞。模拟结果与我们在实验中观察到的一致。
2018-01-31 physics.plasm-ph
The science of compressional heating on the LM26 magnetized target fusion experiment
General Fusion Inc.（General Fusion 公司）
本研究在LM26装置上通过固体锂衬里压缩球形托卡马克氘等离子体，实现了压缩加热，等离子体温度、密度和极向磁场显著增加，验证了压缩加热机制。
2026-07-02 physics.plasm-ph
Plasma compression in magnetic reconnection regions in the solar corona
有人提出，粒子之间的反弹磁化流收敛在重联区可以加速的一阶费米机制。对这种机制的分析表明，加速粒子的谱指数与重联区内的总等离子体压缩有关，类似于扩散激波加速机制的情况。作为第一步调查费米加速在重联区的效率，在产生硬能谱的粒子在日华，我们探索的程度，可以实现在重联网站的等离子体压缩。特别是，我们的目标是确定强压缩形成的条件。利用二维电阻MHD数值模型，我们考虑了一组磁场配置，其中磁重联可以发生包括哈里斯电流片，无力电流片，和两个合并磁通绳。等离子体参数被认为是日华的特征。数值模拟结果表明，当通过快速热传导或辐射冷却过程有效地消除重联引起的等离子体加热时，在重联区可以形成强等离子体压缩（$\geq 4$）。辐射冷却过程在典型的1 MK日冕中可以忽略不计，但在低日冕/过渡区中却起着重要的作用。发现在重联磁零点处，低β等离子体$β\sim 0.01-0.07$中的等离子体压缩预计最强。
2016-04-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
NAS-PINNv2: Improved neural architecture search framework for physics-informed neural networks in low-temperature plasma simulation
针对现有神经架构搜索方法在复杂等离子体PINN中的失效问题，提出NAS-PINNv2，通过sigmoid权重和新损失项改进搜索，实验验证其有效性并揭示网络规模与性能的非单调关系。
2025-01-25 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Energy Compression and Stabilization of Laser-Plasma Accelerators
激光等离子体加速器在加速强度上比目前的射频技术强几个数量级。然而，使它们能够为要求苛刻的应用提供具有竞争力的光束质量，特别是在能量扩散和稳定性方面，仍然是一个重大挑战。在这封信中，我们建议结合聚束减压和主动等离子体去啁啾，以大幅提高激光等离子体加速器光束的能量分布和稳定性。现实的开始到结束的模拟表明，这些加速后的相空间操纵的潜力，同时减少初始能量扩展和能量抖动的$\sim1$到${\lesssim} 0.1 \%$，关闭传统的加速方案的光束质量差距。
2022-09-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Seed source for plasma compression in the long wavelength infrared
双色激光脉冲用于形成空气等离子体并产生适合作为CO2激光脉冲后向拉曼放大的种子的宽带红外辐射。在大气窗口观测到8-14微米的宽带辐射。红外辐射的特征在于使用长波长光栅光谱仪，该光谱仪专门设计用于在其输入平面处接收电离激光灯丝。通过啁啾驱动脉冲，大大提高了长波红外的产额。单向脉冲传播模拟表明，这部分是由于非线性折射率对脉冲持续时间的依赖性。
2020-09-28 physics.optics physics.plasm-ph
Magnetic Levitation and Compression of Compact Tori
General Fusion的磁压缩实验是一项重复性非破坏性试验，旨在研究磁靶聚变压缩的等离子体物理。一个紧凑的环面（CT）形成一个同轴枪到一个安全壳区域与沙漏形的内部磁通量保持器，和一个绝缘外壁。外部线圈电流使CT远离外壁（径向悬浮），然后迅速向内压缩。优化的外部线圈配置大大提高了悬浮CT的使用寿命和发射率，并在压缩过程中保持良好的通量。如光谱仪数据所证实的，改进的悬浮场分布通过在形成过程中抑制等离子体与绝缘外壁之间的相互作用来降低等离子体杂质水平。在磁压缩下，尽管普遍存在不稳定性（被认为是外部扭结），但通常观察到磁场、密度和离子温度显著增加。将悬浮线圈电流的衰减率与内部CT电流的衰减率相匹配，导致与悬浮场无意压缩相关的MHD活动水平降低，并且长寿命CT的概率更高。一个轴对称的有限元MHD代码，保存系统的能量，粒子计数，角动量，和环形磁通量，被开发来研究CT形成到一个悬浮场和磁压缩。概述了主要的实验观察，模拟和实验诊断之间的比较。
2020-03-23 physics.plasm-ph
Self consistent hydrodynamic description of the plasma wake field excitation induced by a relativistic charged-particle beam in an unmagnetized plasma
本文对细长相对论电子束在非磁化过密等离子体中的传输，提出了一个自洽的非线性流体动力学理论。束粒子的轨迹以及它们的速度扩散的随机分量由各向异性温度建模，允许束动力学近似为3-D绝热膨胀/压缩。{It结果表明，即使在不存在非线性等离子体尾流力的情况下，由于绝热压缩/稀疏的非线性效应，也可以实现光束在横向上的局域化，并构造出相干定态.数值计算揭示了光束聚焦和散焦的可能性，但通过适当的调整，光束的寿命可以显着延长，从而观察到横向振荡，{类似于}热波和Vlasov动力学模型中预测的。
2017-06-30 physics.plasm-ph
Encoding of linear kinetic plasma problems in quantum circuits via data compression
本文提出一种在量子电路中压缩编码线性动理学等离子体问题（如静电波）的方法，利用量子信号处理算法求解线性方程，并分析电路规模与精度的影响。
2024-03-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Generation of quasi-monoenergetic proton beams via quantum radiative compression
高能量单能质子束的稠密性是其广泛应用的关键，现代激光等离子体离子加速方法的目标是获得能量分布尽可能小的高能质子束。在这项工作中，我们提出了一种量子辐射压缩的方法来后压缩高加速质子束，并将其转换成一个密集的准单能。我们发现，当辐射压加速产生的相对论等离子体与超强激光束正面碰撞时，由于量子辐射反应和有质动力的作用，等离子体会激发出大振幅的振荡，导致处于加速相的质子相空间以负梯度压缩.我们的三维自旋分辨QED粒子模拟结果表明，峰值能量为$\sim$ GeV，相对能量扩展为几个量子点，粒子数为$N_p\sim10^{10}$的空心结构质子束（或具有$1\%$能量扩展的$N_p\sim 10^9$）的材料，其可以满足重要应用的要求，例如，用于超厚致密材料的射线照相术，或作为强子对撞机的注入器。
2021-04-29 physics.plasm-ph
Magnetic Compression of Compact Tori Experiment and Simulation
University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）
本研究通过磁压缩实验与模拟，改进了等离子体约束与压缩技术，提高了CT寿命和磁流守恒效率。
2026-01-27 physics.plasm-ph
Greater than five-order-of-magnitude post-compression temporal contrast improvement with an ionization plasma grating
本文提出利用电离等离子体光栅作为高功率激光的可控光学开关，实现至少3×10^5的时间对比度提升和小于500飞秒的开关时间，且可长时间稳定运行，优于等离子体镜方案。
2024-03-17 physics.optics physics.plasm-ph
Physics informed Neural Networks applied to the description of wave-particle resonance in kinetic simulations of fusion plasmas
Jülich Supercomputing Center, Forschungszentrum Jülich（于利希超级计算中心，于利希研究中心）
本研究以简化Vlasov-Poisson系统为测试平台，验证PINN在聚变等离子体波粒共振中的适用性，对比其与标准神经网络的压缩性能，并提出融合自动微分与自动积分的I-PINN变体求解含积分项的系统。
2023-08-23 cs.AI physics.comp-ph 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
Tendency of spherically imploding plasma liners formed by merging plasma jets to evolve toward spherical symmetry
为了研究离散射流对等离子体衬里形成、真空内爆和膨胀过程的影响，采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行了三维流体动力学模拟。从两个一维radiationhydrodynamic代码，3D SPH与均匀内衬，3D SPH与30个离散等离子体射流的模拟结果之间的衬垫的内部部分的压力历史是定性和定量相似的峰值压缩通过完全停滞的衬垫。二维切片的压力表明，离散射流SPH的情况下，朝着一个轮廓，这是几乎无法区分的SPH的情况下，一个均匀的内衬，显示不均匀性，由于离散射流涂抹的后期阶段的内爆。衬垫的形成和真空内爆也被证明是强大的瑞利-泰勒不稳定性增长。研究了药型罩真空内爆过程中的颗粒间混合。混合速率非常小，直到30射流模拟的峰值压缩之后。
2012-01-09 physics.plasm-ph
Colliding of two high Mach-number quantum degenerate plasma jets
本文通过第一性原理动理学模拟研究双锥对撞点火中高马赫数量子简并等离子体射流的对撞过程，发现存在实现最高密度压缩的最优碰撞速度，为DCI实验设计提供理论依据。
2023-08-07 physics.plasm-ph
Behavior of Compressed Plasmas in Magnetic Fields
地球磁层中的等离子体在地磁活跃期会受到压缩，而在随后的平静期则会松弛。重复的压缩和弛豫是近地环境中等离子体动力学和不稳定性的起源。压缩的一个可观察到的表现是等离子体片变薄，当太阳风的质量、能量和动量涌入磁层时，导致磁重联，最终形成壮观的极光。这种现象在所有尺度上都有丰富的物理学，它们之间存在因果关系。这对精确建模物理学提出了巨大的挑战。大规模的过程是流体状的，并合理地捕捉在全球磁流体动力学（MHD）模型，但那些在较小的尺度负责耗散和弛豫，反馈到较大尺度的动力学往往是在动力学制度。小尺度过程的自洽产生及其对全局等离子体动力学的反馈仍有待于充分探索。等离子体压缩可导致产生电磁场，该电磁场扭曲粒子轨道并引入超出MHD框架范围的新特征，诸如双极电场、物种之间不相等的等离子体漂移和电流、分离不同特性的等离子体的陀螺层中的强空间和速度梯度，\textit{etc.}这些边界层是以可测量的排放为特征的强烈活动区域。我们研究了这种压缩等离子体的行为，并讨论了松弛机制，以了解其可测量的签名，以及他们的反馈影响全球尺度等离子体演化。
2020-08-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Laser-Driven, Ion-Scale Magnetospheres in Laboratory Plasmas. II. Particle-in-cell Simulations
离子尺度的磁层已经在彗星、弱磁化的小行星和月球上的局部区域被观测到，并为研究动力学尺度的等离子体物理提供了独特的环境，特别是在无碰撞的情况下。在这项工作中，我们提出了粒子在细胞模拟，复制最近的实验在加州大学洛杉矶分校的大型等离子体设备的结果。使用高重复率激光，离子尺度的磁层被创建，以驱动等离子体流进入嵌入在均匀背景磁场中的偶极磁场。模拟发展的理想化的2D配置的实验，研究高分辨率，体积数据集，并确定磁层结构，磁层顶的位置和动力学尺度结构的等离子体电流分布。我们显示的磁腔和磁压缩的磁层区域的形成，和两个主要的电流结构在磁障碍的昼侧：抗磁电流，支持的驱动器等离子体流，和电流相关的磁层顶，支持的背景和驱动器等离子体与一些时间依赖性。从多个参数扫描，我们显示了磁压缩的反射，由驱动器等离子体的长度为界，和较低的偶极磁矩的主要电流结构的较高的分离。
2022-01-07 physics.plasm-ph
Time-Embedded Convolutional Neural Networks for Modeling Plasma Heat Transport
本文提出时间嵌入卷积神经网络（TCNN），结合物理原理与动理学PIC数据，在强非局域条件下准确模拟等离子体热输运，解决了LINN模型在时间依赖状态下的物理不一致问题。
2025-09-07 physics.plasm-ph
A Physics-Informed Deep Learning Model of the Hot Tail Runaway Electron Seed
本研究开发了一种物理内嵌神经网络（PINN），用于在理想化轴对称热猝灭期间求解伴随相对论Fokker-Planck方程，从而在无需实验或模拟数据的情况下准确预测热尾逃逸电子种子，并与Monte Carlo解高度吻合。
2023-06-22 physics.plasm-ph
Physics Criteria for a Subscale Plasma Liner Experiment
球形内爆等离子体衬层是一种由高超声速等离子体射流合并而成的用于压缩磁化靶等离子体到聚变条件的靶外驱动器[S。C. Hsu等人，IEEE等离子体科学学报40，1287（2012）]。在本文中，参数空间和物理标准确定了一个小规模，等离子体衬里形成实验提供的数据，例如，关于衬管冲压压力缩放和均匀性，这与解决实现聚变条件所需的全尺寸等离子体衬管的科学问题有关。基于这些标准，我们定量估计的最小线动能和所需的质量，这通知设计的一个小规模的等离子体衬里实验正在开发中。
2018-01-09 physics.plasm-ph
Physics-informed machine learning techniques for edge plasma turbulence modelling in computational theory and experiment
Western University（西安大略大学）；MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）
边缘等离子体湍流对磁约束聚变装置的性能至关重要。为了更好地理解理论和实验中的边缘湍流，开发了一个受偏微分方程约束的定制物理学深度学习框架，以准确地从电子压力的部分观测中学习与双流体理论一致的湍流场。这种计算是不可能的，否则使用传统的平衡模型。有了这种技术，第一个直接的定量比较静电双流体理论和电磁gyrokinetic模型之间的湍流场表现出良好的整体协议，发现在磁化螺旋等离子体在低归一化压力。为了将这些计算技术转化为实验聚变等离子体，通过一个新创建的深度学习框架展示了一种将HeI线辐射的亮度测量转化为局部等离子体波动的新方法，该框架集成了中性输运物理和碰撞辐射理论，用于氦原子中的$3^3 D - 2^3 P$跃迁。本论文利用Alcator C-Mod托卡马克装置上的快速相机数据，首次利用单根谱线对聚变等离子体中湍流电子密度、电子温度和中性密度进行了二维时间相关的实验测量。利用实验推断的数据，计算了轴对称聚变等离子体纯环向场框架下符合漂移简化Braginskii理论的二维湍流电场的初始估计值.发现氦原子对粒子和能量源的影响增强了电场和电子压力之间的相关性，同时加宽了影响${\bf E \times B}$流动和剪切速率的湍流场幅度。
2022-05-16 cs.LG cs.NA math.NA
Dynamic convergent shock compression initiated by return current in high-intensity laser solid interactions
该研究通过PIC和流体模拟揭示，高强激光照射固体线靶时，返回电流引发的磁压力和表面烧蚀共同驱动会聚冲击压缩，其机制由等离子体β决定，并提供了产生Gbar级高压的新平台。
2023-11-13 physics.plasm-ph
Implementation of matrix compression in the coupling of JOREK to realistic 3D conducting wall structures
本研究通过ScaLAPACK库的奇异值分解压缩JOREK与STARWALL/CARIDDI耦合产生的稠密响应矩阵，优化内存使用，解决了ITER托卡马克模拟的计算限制，并在撕裂模和垂直位移事件模拟中验证了有效性。
2024-07-30 physics.plasm-ph
Compression of high-power laser pulse leads to increase of electron acceleration efficiency
本文通过三维粒子模拟研究近临界密度等离子体中超强激光自囚禁传播，提出压缩激光脉冲并匹配光斑尺寸与等离子体密度可显著提升高能电子加速效率，焦耳级能量下转换效率可超50%。
2024-09-04 physics.plasm-ph
Two-Dimensional Modeling of Ideal Merging Plasma Jets
采用气体动力学模型和磁流体动力学模型对理想的氩等离子体射流进行了二维数值模拟。结果表明，高马赫数射流的峰值压力可达几百帕。包括一个简单的光学薄的波致辐射模型和等离子体目标表明，极高的密度和磁场，可以实现在射流合并的顺序约1000倍的初始密度/场。进一步的研究应该包括详细的电离过程和更准确的辐射建模，以正确地捕获辐射传输和随后的目标压缩。
2010-07-29 physics.plasm-ph
Generation of Strong Fields with Subcritical Density Plasmas to Study the Phase Transitions of Magnetized Warm Dense Matter
针对磁化温稠密物质（WDM）因需千特斯拉磁场未被探索的问题，提出将激光照射圆柱形靶内表面、利用低密度高温等离子体压缩场的方法，实现千特斯拉磁场且峰值区无等离子体，便于样品制备与诊断。
2025-02-13 physics.plasm-ph
Collisionless relaxation as the origin of the anisotropic, non-thermal, and multi-temperature momentum distributions observed in space plasmas
Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Deutsches Zentrum für Astrophysik（德国天体物理学中心）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Excellence Cluster ORIGINS（ORIGINS卓越集群）；Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP)（波茨坦莱布尼茨天体物理研究所）
本文通过刘维尔定理论证了无碰撞等离子体中各向异性、非热和多温度动量分布的形成机制，指出其在日风中的普遍性。
2026-11-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Uncovering turbulent plasma dynamics via deep learning from partial observations
磁约束核聚变研究最深入的方面之一是边缘等离子体湍流，它对反应堆的性能和操作至关重要。几十年来，漂移减少的Braginskii双流体理论已被广泛应用于边界等离子体模型，并取得了不同的成功。为了更好地理解边缘湍流在理论和实验中，我们证明，物理信息的神经网络约束的偏微分方程可以准确地学习湍流场与双流体理论从合成等离子体的电子密度和温度的部分观测与传统的平衡模型相比。这些技术提出了一个新的范例，先进的设计等离子体诊断和验证磁化等离子体湍流理论在具有挑战性的热核环境。
2021-04-05 physics.plasm-ph
Physics-Informed Latent Space Dynamics Identification for Time-Dependent NLTE Atomic Kinetics
Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)（光州科学技术院）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of California, Santa Barbara (UCSB)（加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校）
本文提出一种基于物理的潜在空间动力学识别框架，用于时变非局部热力学平衡原子动力学，通过显式简化的控制方程捕捉非平衡等离子体的时间依赖性原子动力学，并通过物理约束保证模型的可靠性。
2026-04-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ultra slow electron holes in collisionless plasmas: stability at high ion temperature
数值模拟恢复超慢电子空穴（EH）的电声流派传播稳定远低于离子声速的离子响应不允许任何已知的纯电子扰动。高离子温度EH稳定性（$T_{i}> T_{e}$）的原因是由于冷离子响应的丧失。在冷离子背景$θ=T_e/T_i\gg 1$中，它们具有离子压缩，该离子压缩加速以跳过禁止速度间隙并停留在电子分布$f_e$的高速尾部，证实了最近确定的非线性色散关系的极限。然而，对于$θ=T_e/T_i \le 1$，热离子开始补充电子响应，将空穴位置处的离子压缩转换为减压，并触发捕获电子布居中的尺度的多重性，这促使基本EH理论的立即推广。
2019-11-30 physics.plasm-ph
Nuclear probes of an out-of-equilibrium plasma at the highest compression
我们报告的最高压缩达到实验室等离子体中使用八个激光束，E $_{laser}$ $\approx$ 12 kJ，$τ_{laser}$ =2 ns的三次谐波上的CD $_2$目标在神光-II升级（SGII-Up）在上海，中国的设施。我们估计氘密度$ρ_D$ = 2.0 $\pm$ 0.9 kg/cm $^{3}$，等离子体离子的平均动能小于1 keV。从连续三元融合反应（dd $\rightarrow$ t+p和t+d $\rightarrow$ $α$ +n）和两个体反应融合（dd $\rightarrow$ $^3$ He+n）的测量比率获得最高达到的面密度$Λρ_{D}$ =4.8 $\pm$ 1.5 g/cm $^{2}$。在如此高的密度下，连续的三元核反应和还有四价核反应也变得重要（即n（14.1 MeV）+ $^{12}$ C $\rightarrow$ n '+ $^{12}$ C* 等）。导致中子（和质子）动能从它们的出生值偏移。下散射比（DSR-四元核反应）方法，即10- 12 MeV中子除以产生的14.1 MeV中子总数的比率，证实了上述报告的高密度。高度压缩等离子体的估计寿命为52 $\pm$ 9 ps，远小于激光脉冲持续时间。
2019-05-24 nucl-ex physics.plasm-ph
Experimental characterization of a section of a spherically imploding plasma liner formed by merging hypersonic plasma jets
我们报告的实验结果合并的高超音速等离子体射流，这是基本的积木形成球形内爆等离子体衬里作为一个潜在的远距离压缩驱动器的磁惯性聚变。射流由安装在六个球形腔室的等离子体枪形成并发射。首先，从四种不同种类的两股和三股合并射流的实验中，（N，Ar，Kr，Kr），我们证明了（1）密度空间非均匀性可以很大（电子密度跳跃范围从N的2.9到N的6.6），当激波在喷流合并时形成，但较小（密度跳跃<2）当激波不形成时;（2）射流杂质（在这些实验中为20%Ti）可以通过增加射流合并的碰撞性来增加密度空间不均匀性的水平;和（3）衬套的马赫数可以保持较高（>10），这是等离子体衬套成为有效压缩驱动器所需要的。第二，从使用Ar的六个和七个合并射流的实验中，我们提出了改进的射流到射流的平衡<2%的跨射流的结果，包括（1）在射流合并和衬管结构的对称性中显著增加的平衡的证据，以及（2）在添加第七个射流的情况下，射流合并形态的潜在有利变化。对于这两个实验，我们提出了实验和合成数据从三维流体动力学代码之间的比较。
2020-06-08 physics.plasm-ph
