Gyrokinetic investigation of the nonlinear interaction of Alfvén instabilities and energetic-particle driven geodesic acoustic modes
本研究基于ASDEX Upgrade真实平衡位形，用ORB5代码开展陀螺动力学模拟，探究高能粒子驱动的阿尔芬模与测地声模带状结构的非线性相互作用，发现两种浓度区间的不稳定特性差异，并通过三波耦合机制给出理论解释。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Predicting the Dimits shift through reduced mode tertiary instability analysis in a strongly driven gyrokinetic fluid limit
三级不稳定性被认为是重要的管理磁化等离子体湍流的条件下，强纬向流的产生，近边缘稳定。在这项工作中，我们调查其作用的碰撞强烈驱动的流体模型，自洽地推导出作为限制的陀螺动力学。它被发现，存在一个区域的绝对稳定的线性阈值以上，超过显着的非线性传输迅速发展。虽然在此范围内的一个复杂的模式的瞬态纬向演变之前，观察到一个稳定的配置文件被发现，迪米特过渡本身被发现符合第三不稳定阈值，只要包括线性效应。通过一个简单且易于扩展的程序，将其起源追溯到St-Onge 2017（arXiv：1704.05406），可以近似典型带状剖面的稳定效果，并且发现伴随的简化模式估计与非线性模拟吻合良好。
2021-08-09 physics.plasm-ph
The effect of background flow shear on gyrokinetic turbulence in the cold ion limit
冷离子限制的本地gyrokinetic模型严格采取产生一个非线性系统的流体方程，其中包括背景流剪切。不需要流体闭合。通过考虑一个简单的磁漂移板的几何形状，但没有磁剪切，这些流体方程减少到Charney-Hasegawa-Mima模型中存在的流动剪切。该模型的解析解被发现，以研究ExB流剪切对单个平行速度梯度（PVG）驱动模式的稳定性的影响。此外，该模型被用来调查的基本三模式的非线性耦合，揭示了纬向和非纬向模式之间的差异的背景ExB流剪切的效果。这些分析结果与陀螺动力学模拟一致，可以作为基准的流动剪切和非线性耦合的数值实现。
2019-03-26 physics.plasm-ph
Zonal Flow Excitation in Electron-Scale Tokamak Turbulence
非均匀托卡马克等离子体中的中尺度回旋运动电子理论的推导[Chen H。等人2021 Nucl. Fusion 61 066017]已经示出，纳维尔-斯托克斯型非线性耦合电子温度梯度（ETG）模式和带状流（ZF）模式，其波长比离子回旋半径短得多，但比电子回旋半径长得多。这种中等规模的ETG-ZF耦合通常比流体近似的长谷川-三马型非线性特征更强，并且预计会导致相关的带状流生成和ETG模式调节。本文给出了电子尺度、连续介质、陀螺运动的模拟结果，包括单模ETG和全谱ETG湍流。研究了由ETG单模态引起的纬向流的产生，发现单模态的中尺度结果与理论相符。全谱的结果，然后提出和解释定性的单模结果。结果发现，ETG驱动的纬向流调节中尺度电子热通量传输的水平在预测的范围内。
2023-01-03 physics.plasm-ph
Bringing global gyrokinetic turbulence simulations to the transport timescale using a multiscale approach
环形等离子体核心中能量约束和湍流的特征时间的巨大分离使得长时间尺度上的第一性原理预测极具挑战性。在这里，我们报告的多时间尺度的方法，使耦合全球gyrokinetic模拟与运输求解器计算的自洽温度分布的演变的演示。这种方法，表现出弹性的内在波动所产生的湍流模拟，具有潜在的集成非本地gyrokinetic湍流模拟预测，整个设备模型。
2018-03-27 physics.plasm-ph
Electrostatic gyrokinetic simulation of global tokamak boundary plasma and the generation of nonlinear intermittent turbulence
边界等离子体物理在托卡马克约束中起着重要的作用，但由于磁分界线和开放磁场几何中尺度不可分的非定域多物理，使得回旋动力学程序难以模拟。中性粒子也是边界等离子体物理的重要组成部分。本文报道了用惰性静电回旋技术模拟磁通驱动的低β静电边界等离子体。回旋运动离子和漂移运动电子的利用没有新古典和湍流动力学之间的尺度分离。结果表明，非线性间歇湍流是边界等离子体中磁分界面附近和刮削层中的一种自然回旋运动现象。
2017-01-25 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
Free energy cascade in gyrokinetic turbulence
在陀螺动力学理论中，二次非线性在动力学中起着重要的作用，它通过在各种活动尺度之间重新分配（以保守的方式）自由能。在本研究中，自由能转移的情况下，离子温度梯度驱动的湍流进行了分析。结果表明，它与流体湍流中的能量传递有许多共同的性质。特别是，人们发现了一个向前（从大到小的尺度），非常本地，和自相似的自由能在垂直于背景磁场的平面级联。这些发现揭示了等离子体湍流的一些基本性质，促进了回旋动力学大涡模拟技术的发展。
2010-08-24 physics.plasm-ph
Nonlinear growth of zonal flows by secondary instability in general magnetic geometry
本文用二次不稳定性机制，提出了磁化等离子体湍流中纬向流非线性增长的理论。该理论推导出一般的磁几何，因此适用于托卡马克和仿星器。预测的增长率与非线性gyrokinetic模拟相比毫不逊色，与理论的小参数预期的误差缩放。
2017-02-18 physics.plasm-ph
Semianalytical calculation of the zonal-flow oscillation frequency in stellarators
由于它们能够减少磁化等离子体中的湍流传输，因此了解带状流的动力学是聚变计划中的一个重要问题。由于Rosenbluth和Hinton在轴对称托卡马克中的开创性工作，人们知道，研究带状流扰动的线性和无碰撞松弛提供了有价值的信息和物理见解。最近，人们在仿星器中研究了这个问题，发现在这些装置中，弛豫过程表现出一个特有的功能：阻尼振荡。这种振荡的频率可能是湍流输送调节中的一个相关参数，因此其有效和准确的计算是重要的。虽然可以推导出频率的解析表达式，但其数值计算并不简单，迄今为止还没有系统地开发。在这里，其评价的数值方法被认为是，和结果进行比较，通过计算的频率从陀螺动力学模拟。这种“半分析”的方法，用于确定的带状流频率显示准确和快速比基于陀螺动力学模拟。
2017-05-04 physics.plasm-ph
Detecting Shearless Phase-Space Transport Barriers in Global Gyrokinetic Turbulence Simulations with Test Particle Map Models
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Zhejiang University（浙江大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of São Paulo（圣保罗大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究通过测试粒子映射模型揭示无剪切环在等离子体湍流中的传输屏障作用及再连接机制。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of electric current generation in ion temperature gradient driven turbulence
在无碰撞极限下的陀螺动力学模拟展示了湍流驱动电流的物理机制和幅度。模拟结果显示了湍流驱动流的时空变化及其与雷诺应力和湍流加速度的关系。利用准中性方程的任意波长解，在有理曲面附近观察到湍流感应电流的精细结构（几个离子拉莫尔半径）。雷诺应力的发散在这些精细结构的产生中起着重要作用。所谓的“自发”电流的特点是在合理的表面附近具有大的局部幅度。
2021-10-27 physics.plasm-ph
Residual zonal flows in tokamaks and stellarators at arbitrary wavelengths
在线性无碰撞极限下，环形等离子体中的纬向势扰动一般会松弛到非零余值。推导了托克马克和仿星器几何形状以及任意波长的残值表达式。这些表达式涉及最低阶粒子轨迹的平均值，通常无法通过分析进行评估。在这项工作中，一个有效的数值方法来评估这样的表达式。结果表明，这种方法是快速的比直接陀螺动力学模拟与GENE和EUTERPE代码进行。在仿星器的剩余值的计算提供了更短的波长比以前在文献中。仿星器中的电子必须从动力学的角度来处理，因为与托卡马克不同，动力学电子即使在长波长下也会修改剩余值。这种效应，这已经被理论预测，证实了陀螺动力学模拟。
2015-10-13 physics.plasm-ph
Impact of geodesic curvature on zonal flow generation in magnetically confined plasmas
National Institute for Fusion Science（国立核聚变科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies（高级研究大学院大学）；PRESTO, Japan Science and Technology Agency（日本科学技术振兴机构 PRESTO 项目）；Faculty of Arts and Sciences, Komazawa University（驹泽大学文理学部）
研究通过模拟探讨磁几何对离子温度梯度驱动湍流中环形流生成的影响，并提出非线性代理模型以探索新型磁几何结构。
2026-02-27 physics.plasm-ph
Gyrokinetic continuum simulations of plasma turbulence in the Texas Helimak
第一个陀螺动力学模拟等离子体湍流在得克萨斯州Helimak设备，一个简单的磁化环面。该装置具有类似于托卡马克的刮除层区域的功能，例如不良曲率驱动的不稳定性和端板上的鞘边界条件，这些都包括在这些模拟中。模拟和实验测量之间的比较显示出相似之处，包括接近实验值的平衡曲线和波动幅度，但也有一些重要的定量差异。实验和模拟结果都表现出湍流统计特性的斑点运输。
2019-03-14 physics.plasm-ph
Predicting the Z-pinch Dimits shift through gyrokinetic tertiary instability analysis of the entropy mode
由自生带状流引起的Dimits位移，即湍流从线性不稳定性阈值开始的上移，可以极大地提高磁约束等离子体装置的性能。除了在简单的情况下，使用流体近似和模型磁几何，这种现象已被证明是难以理解和定量预测。为了弥合简单模型和现实的治疗之间的巨大差距，在环形磁几何形状（例如托卡马克或仿星器）的复杂性，目前的工作使用完全gyrokinetic模拟在Z箍缩几何形状调查的迪米特移位通过镜头的三级不稳定性分析，它描述了出现漂移波从纬向主导状态。一些功能的第三不稳定，以前观察到的流体模型，被证实仍然存在。最重要的是，一种有效的简化模式三级模型，其先前被证明成功地预测了陀螺流体极限中的Dimits偏移（Hallenbert & Plunk，J.Plasma Phys.，Vol.87，issue 05，2021，905870508），在这里被发现是准确的，仅进行轻微修改以考虑动力学效应。
2021-11-15 physics.plasm-ph
Predicting Zonal Flows -- A Comprehensive Reynolds-Stress Response-Functional from First-Principles-Plasma-Turbulence Computations
湍流驱动的带状流在聚变装置中起着重要的作用，因为它们通过限制异常输运水平来改善等离子体约束。目前的理论主要集中在流动激励，但没有自洽地描述近稳态的带状流湍流平衡态。第一性原理双流体湍流研究用于根据湍流状态下的观察来构建雷诺应力响应函数。这允许，第一次，一个可靠的图表的纬向流湍流平衡。
2011-06-10 physics.plasm-ph
Electromagnetic zonal flow residual responses
本文将托卡马克等离子体无碰撞轴对称带状流余值计算推广到包括电磁扰动。通过保留电场和磁场中完全自洽的轴对称空间扰动，我们制定并解决了完整的初始值带状流问题。静电，剪切和压缩磁剩余响应的简单表达式推导出，提供了一个完整的电磁测试的纬向流残留在gyrokinetic代码。与静电势不同，平行矢量势和平行磁场扰动不需要对所有可能的初始条件松弛到通量函数。
2017-06-26 physics.plasm-ph
Integrated modelling and multiscale gyrokinetic validation study of ETG turbulence in a JET hybrid H-mode scenario
以前的研究与第一原理为基础的综合建模表明，ETG湍流可能会导致反GyroBohm同位素缩放在JET高性能混合H模式的情况下。一项针对高保真湍流模型的专门比较研究证实了这一说法。包含磁场扰动的离子尺度湍流可以在温度梯度误差范围内匹配功率平衡通量。多尺度gyrokinetic模拟从两个不同的代码产生没有显着的ETG热通量，表明简单的经验法则是不够的标准，其发病。
2022-09-20 physics.plasm-ph
Considering Fluctuation Energy as a Measure of Gyrokinetic Turbulence
在回旋运动理论中，有两个二次的涨落能量测量，在非线性相互作用下保持不变，限制湍流。最近的工作Plunk和Tatsuno [物理。106，165003（2011）]报道了该约束对光谱能量转移的方向和局部性具有的新颖后果。本文就是在这项工作的基础上编写的。我们提供了详细的分析，以支持普伦克和龙野的结果，但也显着扩大了范围，并使用额外的方法来解决能量转移的问题。这里的观点是，波动能量不仅是理想化模型（二维回旋动力学）的形式不变量，而且是回旋动力学湍流的一般度量，即可以用来预测湍流行为的量。虽然许多悬而未决的问题仍然存在，本文收集的证据支持这一观点，在几种情况下，受约束的光谱能量转移管理的动态。
2012-10-18 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
Fine Structure Zonal Flow Excitation by Beta-induced Alfven Eigenmode
利用非线性陀螺动力学理论研究了低频带状结构（LFZS）在β诱导Alfven本征模（BAE）作用下的非线性激励。研究发现，有限振幅BAE优先激发静电纬向流（ZF），而不是纬向电流。除了众所周知的中尺度径向包络结构，ZF也被发现表现出精细的径向结构，由于本地化的BAE相对于模态有理曲面。具体而言，带状电场在径向包络峰值的有理表面处具有偶模结构。
2016-05-16 physics.plasm-ph
Gyrokinetic particle-in-cell simulations of electromagnetic turbulence in the presence of fast particles and global modes
本文利用回旋粒子格子程序ORB 5（E. Lanti等人，Comp.Phys.Comm.，${\bf 251}$，107072（2020））和EUTERPE（V.Kornilov等人，Phys.Plasmas，${\bf 11}$，3196（2004））。模拟这种复杂的耦合系统的计算可行性证明。
2022-03-22 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
Study of the impact of fast ions on core turbulence at rational surfaces via global gyrokinetic simulations
本研究通过gyrokinetic模拟揭示快离子通过降低不稳定性阈值和生成zonal结构来抑制湍流，显著减少湍流输运。
2025-12-21 physics.plasm-ph
The anisotropic redistribution of free energy for gyrokinetic plasma turbulence in a Z-pinch
对于一个Z箍缩几何形状，我们报告的非线性重新分配的自由能跨尺度垂直于磁导场，为一个湍流等离子体的框架中描述的陀螺动力学。使用局部通量面近似进行分析，在由熵模式驱动的静电波动为主的制度，与离子和电子物种被处理动力学。为了探索由纬向流的出现所引起的自由能重新分布的各向异性性质，我们使用极坐标表示场垂直方向，并定义角密度的尺度通量。正值的经典定义的（角度积分）规模的通量，这表示一个直接的能量级联，被证明也是由负的角度部分，这一事实影响我们的理解的能量的后向散射和它进入湍流的亚网格尺度的建模的方式。定义了自由能在垂直方向上的通量，表明纬向流存在时能量的再分布是高度各向异性的。
2015-12-18 physics.plasm-ph
Gyrokinetic Continuum Simulation of Turbulence in Open-Field-Line Plasmas
托卡马克中边界等离子体的性质在决定聚变功率和等离子体元件寿命方面起着关键作用。准确的定量建模和提高定性的理解边界等离子体最终需要五维陀螺湍流模拟，这已经成功地预测湍流和运输的核心。边界等离子体模拟的额外挑战需要开发新的gyrokinetic代码或对现有核心gyrokinetic代码进行重大修改。在这篇论文中，我们开发了第一个能够模拟开放磁场线上等离子体湍流的回旋动力学连续体代码，这是托卡马克刮除层的一个关键特征。在这个问题上，我们使用一个能量守恒的不连续Galerkin离散空间中的尝试。为了模拟等离子体和壁之间的相互作用，我们设计了导电鞘边界条件，允许局部电流进出壁。首先，我们设计的空间一维动力学模型的并行SOL动态和解决这些系统使用新的连续算法。通过将这些算法推广到更高的维度，并添加一个碰撞模型，我们提出了两种类型的开放场线系统上的第一个gyrokinetic连续模拟湍流的结果。第一个模拟的特点是均匀和直的场线，如在一些线性等离子体设备中发现的。第二个模拟是一个假设的模型，我们开发的NSTX刮削层具有螺旋场线。这些发展包括一个重大的一步，对磁聚变装置的边界等离子体中的湍流和运输的定量预测的回旋动力学连续代码。
2017-08-24 physics.plasm-ph
Zonal density staircase formation in collisional drift-wave turbulence
该研究基于碰撞漂移波模型开展二维模拟，揭示绝热性参数如何调控带状密度与带状流在湍流“阶梯”结构形成及输运调制中的相对作用。
2023-11-03 physics.plasm-ph
Full-$f$ gyrokinetic simulation of turbulence in a helical open-field-line plasma
采用静电五维回旋动力学连续介质模拟方法，研究了全坏曲率螺旋平板几何条件下，螺旋开场线等离子体中曲率驱动的湍流。在模型中使用了国家球形环实验刮除层等离子体的参数。等离子体斑点的形成和对流径向运输的观察，它表明，径向粒子运输水平是几倍高于扩散玻姆运输估计。通过减小极向磁场的强度，观察到偏滤器板的热通量的轮廓变宽。
2018-10-22 physics.plasm-ph
Is Turbulence able to Generate Magnetic Islands in Tokamaks? Gyrokinetic Simulations of Turbulence-Driven Magnetic Islands in Toroidal Geometry
本研究利用环形几何中的陀螺动力学模拟，揭示微观不稳定性通过 E×B 流驱动重联并形成、合并磁岛的普适机制，且该机制不依赖微观不稳定性的宇称。
2025-09-29 physics.plasm-ph
Applications of Large Eddy Simulation methods to gyrokinetic turbulence
大涡模拟（LES）的方法-数值求解大尺度的湍流系统和占小尺度的影响，通过一个模型-被施加到非线性gyrokinetic系统，是由一些不同的微观不稳定性。模拟，较低的分辨率和较高的分辨率模拟之间的比较进行实验可测量的量，电子密度波动谱。此外，LES的验证和适用性证明通过一系列的诊断系统的自由能的基础上。
2013-12-03 physics.plasm-ph
Influence of zonal flows on unstable drift modes in ETG turbulence
研究了电子温度梯度（ETG）驱动模在纬向流存在下的线性不稳定性。随机和确定性的$cos$样配置文件的纬向流。结果表明，纬向流剪切的存在可以稳定ETG漂移模的线性不稳定性。
2008-08-26 physics.plasm-ph
Nonlinear reversed shear Alfven eigenmode saturation due to spontaneous zonal current generation
利用非线性陀螺动力学理论推导了描述零频带状结构（ZFZS）产生的反向剪切Alfven本征模（RSAE）自调制的一般非线性方程，并将其应用于研究ZFZS的自发激发和RSAE非线性饱和。研究发现，静电带状流（ZF）和电磁带状流（ZC）可以优先激发有限振幅RSAE，这取决于特定的等离子体参数。局部剪切阿尔芬波连续的修改进行评估，使用推导出的饱和水平的ZC，这是发挥了相当的作用，饱和RSAE与ZFZS散射。
2021-07-07 physics.plasm-ph
Quasilinear analysis of the zonal flow back-reaction on ion-temperature-gradient mode turbulence
有强有力的证据支持离子温度梯度（ITG）模式湍流的纬向流抑制，特别是接近线性稳定性阈值。本文基于准线性理论推导了一个包含纬向流对ITG湍流反作用的修正色散关系，并对纬向流对ITG湍流的抑制作用进行了分析计算。结果表现在线性增长率的降低和有效线性ITG阈值的增加。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Direct multiscale coupling of a transport code to gyrokinetic turbulence codes
用多尺度陀螺动力学程序TRINITY直接耦合输运解算器和局部非线性陀螺动力学计算[M。巴恩斯博士论文，arxiv：0901.2868]中描述。微观和宏观物理的耦合是在多尺度回旋理论的框架内完成的，我们提出的假设和关键结果。在空间和时间尺度分离的假设允许在小区域的时空网格，这是嵌入在一个粗略的网格上的输运方程隐式演变的湍流模拟。这导致了几个数量级的计算费用的减少，使得在约束时间内的完整聚变装置体积的第一原理模拟在当前计算资源上是可行的。TRINITY模拟的数值结果，并与JET和ASDEX升级等离子体的实验数据进行比较。
2009-12-10 physics.plasm-ph
Gyrokinetic continuum simulation of turbulence in a straight open-field-line plasma
本文采用全$f$间断Galerkin程序Gkeyll对直场线结构中的静电等离子体湍流进行了3D2V连续回旋动力学模拟。这些模拟包括聚变装置刮除层的基本要素：模拟从堆芯流出的等离子体的局部源、交叉场湍流输运、沿磁场线的平行流，以及在限制器或偏滤器处的平行损失和鞘模型边界条件。模型中使用的鞘层边界条件允许电流流过壁。除了详细的数值方法，结果从湍流的数值模拟的大型等离子体装置（LAPD），具有直磁场线的线性装置，提出。
2017-02-10 physics.plasm-ph
Random forcing with a constant power input for two-dimensional gyrokinetic simulations
本文发展了一种用于研究定常等离子体湍流的二维回旋动力学随机强迫方法。强迫项以恒定速率注入能量的性质使得能够在期望范围内建立湍流，并且能够在统计稳定状态下定量评估能量耗散通道。使用开发的方法，在大尺度流体和小尺度动力学制度的双折射证明，成功地再现了理论预测的标度律。
2021-03-26 physics.plasm-ph
Non-perturbative statistical theory of intermittency in ITG drift wave turbulence with zonal flows
研究了离子温度梯度湍流中动量通量和纬向流形成的概率分布函数，包括剪切流对动量通量和纬向流形成的概率分布函数的影响。虽然ITG湍流保持高水平的运输，这可能会被剪切流抑制。带状流也显示在这里有一个增强的可能性产生进一步从边际稳定，然后将调节ITG湍流，这是更突出的剪切流增加，导致一个自我调节系统。
2009-07-06 physics.plasm-ph
Gyrokinetic theory for particle transport in fusion plasmas
为了使核聚变成为一种可靠的能源，在磁约束实验中预测热核等离子体的动力学是基本的。发展一套描述等离子体在给定时间尺度上演化的方程是达到这一目标的主要要求。有限的工作是以自洽的方式研究碰撞输运和涨落诱导输运。这项工作的动机源于所采用的描述的自洽性的根本重要性，以了解运输过程的能量约束（运输）的时间尺度，因为碰撞和湍流之间的相互作用。反过来，这对于预测粒子和能量的通量以及最终的整体等离子体演化至关重要。利用通量坐标和漂移序，我们导出了一组粒子数和能量密度在输运时间尺度上的演化方程。这些方程显示了碰撞和波动之间的相互作用，特别是，表明波动可以增强碰撞输运，而碰撞可以阻尼由饱和不稳定性形成的长寿命结构，即带状结构。用回旋运动场论描述了涨落诱导通量，并与相空间带状结构理论进行了比较，揭示了输运方程中的涨落诱导部分可以通过对控制相空间带状结构演化的方程的长尺度极限取适当的矩来得到。最后，我们表明，等离子体的非线性演化可以产生的结构的形成，其特征在于由中尺度，中间的典型的等离子体湍流和参考等离子体平衡。
2017-01-09 physics.plasm-ph
Excitation of zonal flow by the modulational instability in electron temperature gradient driven turbulence
在电子温度梯度（ETG）驱动的湍流模型中，研究了小尺度静电漂移波产生大尺度纬向流的问题。其产生机制是基于有限振幅单色漂移波的调制不稳定性。得到了纬向流不稳定的临界值、增长率和最佳空间尺度。
2007-03-05 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
How Zonal Flow Affects Trapped Electron Driven Turbulence in Tokamaks
自生纬向流在无碰撞俘获电子模（CTEM）湍流中的作用是托卡马克等离子体中长期存在的问题。在这里，我们表明，第一次，在CTEM湍流的带状流激发是正式同构的离子温度梯度湍流。被俘获的电子仅通过线性动力学隐含地贡献。理论分析进一步表明，对于短波长的CTEMs，纬向流激发是弱的，更重要的是，不是一个有效的饱和机制。并从理论上确定了相应的控制参数。这些发现不仅为以前看似矛盾的模拟结果提供了一个合理的解释，而且还可以通过实验获得的参数来控制CTEM的不稳定性和传输。
2021-12-20 physics.plasm-ph
Magnetic Fluctuations in Gyrokinetic Simulations of Tokamak Scrape-Off Layer Turbulence
理解托卡马克边缘和刮削层（SOL）中的湍流输运物理是研制成功聚变堆的关键。在这些区域中的动态起着关键作用，在实现高融合性能，通过确定边缘基座，抑制H模式中的湍流。此外，反应堆的存活率由容器壁的热负荷决定，因此了解热量沿SOL中的开放磁场线流动时的湍流扩散非常重要。大幅波动、磁X点几何形状以及等离子体与材料壁的相互作用使得模拟边缘/SOL中的湍流比核心区域更具挑战性，需要专门的陀螺动力学代码。此外，包括在陀螺运动模拟，可以处理边界等离子体的独特挑战的电磁效应是至关重要的理解的现象，如基座和ELMs，电磁动力学预计是重要的。在这篇论文中，我们开发了第一个能力来模拟开放磁场线上的电磁回旋湍流。这是一个重要的一步，全面的电磁陀螺运动模拟的耦合边缘/SOL系统。通过使用一个连续的全f的方法，通过一个节能的不连续Galerkin（DG）离散方案，避免了安培抵消问题，我们表明，电磁波动可以处理在一个强大的，稳定的，和有效的方式在Gkeyll代码的gyrokinetic模块。然后，我们提出的结果，大致模拟刮落层的国家球形环面实验（NSTX），并表明电磁效应可以影响斑点的动力学和运输。我们还制定了gyrokinetic系统在现场对齐的坐标建模现实的边缘和刮落层的几何形状在实验中。
2021-03-30 physics.plasm-ph
Zonal Flows and Electromagnetic Drift Wave Turbulence
三维，全球一致的通量管几何形状的托卡马克边缘湍流的详细计算显示抑制的标准方案中，由湍流产生的纬向ExB流应导致运输障碍的形成。通过与平板几何形状的比较和能量分析发现，纬向流能量通过测地曲率与压力的环形耦合而耗尽。边缘输运势垒则取决于新古典平衡的物理性质。
2002-08-06 physics.plasm-ph
Effects of parallel ion motion on zonal flow generation in ion-temperature-gradient mode turbulence
研究了离子温度梯度（ITG）模式湍流中平行离子运动对带状流产生的作用，重点研究了声学模式和环向度对带状流的影响。在Columbia Linear Machine（CLM）[Phys. Plasmas { \bf 13} 055905（2006）]中的实验中发现的带状流对ITG湍流的弱抑制的一个可能原因可能是由于实验中的小环形度（$ε_n = 2L_n/R$）。纬向流通常直接依赖于ITG模式以及纬向流与声学模式的耦合，因此直接受到相关参数的任何变化的影响。该模型由ITG湍流的连续性方程、温度方程和平行离子动量方程组成。用Hasegawa-Mima型方程描述纬向流的时间演化，导出了五阶纬向流频散关系。结果解释的纬向流的质量，即，增长率与实际频率之比（$Q = Ω^{IM}/Ω^{RE}$）。结果表明，随着环度的减小，纬向流的质量迅速下降。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Understanding nonlinear saturation in zonal-flow-dominated ion temperature gradient turbulence
提出了一个环形磁化等离子体中离子温度梯度驱动湍流的定量模型。在该模型中，湍流由带状流调节，即模式饱和由带状流介导的能量级联（“剪切”）发生，并且带状流振幅由非线性衰减控制。我们的模型通过数值模拟进行了详细测试，以确认其假设和预测都得到满足。主要结果包括：（1）非线性纬向流响应对线性不稳定性能量含量的敏感性，（2）在高温梯度下纬向流调节饱和的持续性，（3）根据二次和三次不稳定性对非线性饱和过程的物理解释，以及（4）根据无量纲参数对热通量的依赖性。
2015-03-06 physics.plasm-ph
Global gyrokinetic simulations of ITG turbulence in the configuration space of the Wendelstein 7-X stellarator
本研究针对Wendelstein 7-X仿星器不同磁位形的湍流输运问题，采用GENE-3D代码开展全局回旋动理学模拟，对比三种位形的ITG湍流输运特性，并验证了全局非线性模拟在定量预测湍流通量方面的必要性。
2020-05-04 physics.plasm-ph
High frequency non-gyrokinetic turbulence at tokamak edge parameter
本文首次通过6D-Vlasov模拟托卡马克边缘参数下的高频离子伯恩斯坦波湍流，发现其输运与回旋动理学湍流相当，表明回旋动理学近似的限制主要源于计算成本而非物理本质。
2023-10-24 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The Structure of Plasma Heating in Gyrokinetic Alfvénic Turbulence
我们分析等离子体加热弱碰撞动力学阿尔文波（KAW）湍流使用高分辨率gyrokinetic模拟跨越离子和电子gyroradii之间的尺度范围。具有高于平均加热速率的真实空间结构被示出为不限于当前片。这一新的结果与以前的研究不一致，以前的研究使用局部电子流体框架中的电磁功，即$\mathbf{J} \!\cdot\! (\mathbf{E} + \mathbf{v}_e\times\mathbf{B})$，作为湍流耗散的代理，认为加热遵循电流的间歇性空间结构。此外，我们表明，电子主要由平行加热，而离子更喜欢垂直加热路线。我们评论的影响，在这里提出的结果。
2016-11-18 physics.plasm-ph
Saturation of magnetised plasma turbulence by propagating zonal flows
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）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
研究发现环形次模通过非线性作用调控托卡马克等离子体中的强离子尺度湍流，推导出湍流热通量和环形湍流幅值的标度律。
2026-03-10 physics.plasm-ph
Gyrokinetic studies of core turbulence features in ASDEX Upgrade H-mode plasmas
陀螺动力学验证研究是至关重要的发展信心的模型纳入数值模拟，从而提高其预测能力。作为这个方向的一步，我们模拟ASDEX升级与GENE代码放电，并分析各种波动量，并将它们与实验测量值进行比较。采取的办法如下。首先，进行线性模拟，以确定湍流状态。其次，在非线性模拟的热通量匹配实验通量通过改变对数离子温度梯度内预期的实验误差酒吧。最后，详细分析了各参量与离子温度梯度的关系。它被发现，密度和温度的波动可以显着变化，在这个参数的微小变化，从而与实验比较非常敏感的实验配置文件中的不确定性。然而，交叉相位是更强大的，这表明他们是更好的观测陀螺动力学模拟和实验测量之间的比较。
2015-01-21 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
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
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
