High Lundquist Number Resistive MHD Simulations of Magnetic Reconnection: Searching for Secondary Island Formation
最近，由于Sweet-Parker电流片的撕裂不稳定性而形成的次级岛被认为是导致快速重联的可能机制（对Lundquist数$S$的敏感性较低），使用粒子单元（PIC）方法[Daughton等人，2009]以及使用电阻磁流体动力学（MHD）[Lapenta 2008; Bhattacharjee等人，2009年]。当$S$大于某个阈值时，认为会出现这种不稳定性。这些最新的结果促使我们进行更多的电阻MHD模拟的基础上的岛屿合并不稳定性的基本重联配置，使用更高的分辨率和更大的$S$。我们的模拟是基于一个相当标准的伪谱码，已经测试了准确性，收敛性，并与使用其他方法的代码进行了比较[Ng et al. 2008]。在我们的模拟中，没有发现等离子体团的形成，除了当分辨率不足时，或者当外部添加少量噪声时。重新连接率被发现遵循的Sweet-Parker缩放时，没有噪音被添加，但增加到一个独立的$S$与噪音的水平，当等离子体团的形式。将介绍$S$至$2 \times 10^5$的最新结果。
2011-06-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Modification of the resistive tearing instability with Joule heating by shear flow
本研究利用开源磁流体力学光谱工具Legolas，探究了剪切流对两种可压缩等离子体片构型中含焦耳热的线性电阻性撕裂不稳定性的影响，发现多磁零面下剪切流会改变撕裂行为，且增长率存在偏离解析标度律的区间，凸显了数值研究的必要性。
2024-02-19 physics.plasm-ph
Effects of Plasmoid Formation on Sawtooth Process in a Tokamak
对于实际的Lundquist数，1/1磁岛导致次级薄电流片的形成，它分裂成一系列小磁岛，称为等离子体团。等离子体团动力学在核聚变等离子体重联过程中的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这项研究中，系统的模拟进行调查的电阻内部扭结模式使用全电阻MHD方程实现的NIMROD代码在一个简化的托卡马克几何。对于Lundquist数$S\ge1.6\times10^7$，次级电流片被发现是不稳定的等离子体团在非线性电阻扭结模式的演变与临界纵横比的电流片的~70。小等离子体团的合并导致了一个怪物等离子体团的形成，可以显着影响主岛的演化。这可能为在超导实验中观察到的部分重联提供了一个解释。
2019-02-07 physics.plasm-ph
Analytical model of plasma response to external magnetic perturbation in absence of no-slip condition
最近的模拟和实验结果表明，磁岛和流动的谐振表面往往不满足“无滑移”的条件下，在稳态。提出了一个新的无滑移条件下非线性等离子体对外磁场扰动响应的理论模型。该模型由外磁场扰动驱动的强制重联引起的磁岛宽度和相位的演化方程和等离子体流的力平衡方程组成。当岛的宽度远小于电阻层的宽度时，岛的生长是由线性的Hamm-Kulsrud-Taylor解决方案存在的时间相关的等离子体流。在另一种情况下，当岛宽度远大于电阻层宽度时，岛宽度和相位的演变可以使用卢瑟福理论来描述。岛的解决方案是用来构建准线性电磁力，它与粘性之一，有助于在等离子体流的非线性变化。在传统的误差场论中假设的无滑移条件在这里不被强加，其中岛振荡频率取决于但不一定等于在有理表面处的等离子体流频率。
2019-09-25 physics.plasm-ph
The physics of a small-scale tearing mode in collisionless slab plasmas
微撕裂模是由撕裂宇称电子温度梯度驱动的等离子体不稳定性，它导致磁通量表面的精细尺度撕裂，从而导致磁场线重联和磁岛的形成。在平板几何形状，它以前已经表明，驱动机制需要一个有限的碰撞频率。然而，我们发现在线性回旋动力学模拟中，一个无碰撞的精细尺度撕裂宇称不稳定性存在，即使在低和零碰撞频率。详细的研究表明，这些板模式也驱动的电子温度梯度，但电子有限拉莫尔半径的影响是敏感的，并有一个径向波数远小于副正规波数，这是可比的离子拉莫尔半径。此外，它们甚至存在于静电极限中，电磁效应实际上对这种无碰撞撕裂模式具有稳定影响。分析模型表明，这种无碰撞的小尺度撕裂模式与撕裂宇称平板电子温度梯度（ETG）模式一致，这可能比经常研究的扭曲宇称ETG模式更不稳定。这种小尺度的撕裂宇称模式可以导致磁岛，这反过来又会影响磁化等离子体中的湍流输运。
2020-05-14 physics.plasm-ph
Two-stage Crash Process in Resistive Drift Ballooning Mode Driven ELM Crash
本研究通过全环形环域数值模拟，发现电阻漂移气球模驱动的边缘局域模存在两阶段崩塌过程，揭示了全环域非线性相互作用对ELM触发动力学的显著影响。
2023-10-07 physics.plasm-ph
Rigorous approach to the nonlinear saturation of the tearing mode in cylindrical and slab geometry
撕裂模不稳定性的饱和度内描述的标准框架内的简化磁流体力学（RMHD）的情况下，一个$r$依赖或均匀的电阻率分布。使用匹配渐近展开的技术，其中的扰动参数是岛的宽度$w$，该问题可以解决在两种方式：与所谓的通量坐标方法，这是基于的事实，即目前的配置文件是一个通量函数，并与一个新的摄动方法，不使用这个属性。后者适用于更一般的情况下，其中涉及外部强迫或剪切速度剖面。计算提供了一个新的饱和岛宽度和$Δ'$稳定性参数，涉及一个$\ln{w/w_{0}}$长期，其中$w_{0}$是一个非线性缩放长度，在以前的工作中丢失之间的关系。它还产生平衡磁通量函数的修改。
2006-03-24 physics.plasm-ph
Species dependence of the impurity injection induced poloidal flow and magnetic island rotation in a tokamak
本文通过电阻MHD模拟研究了托卡马克中杂质注入引起的极向流和磁岛旋转的物种依赖性，发现局部等离子体团形成决定杂质极向流，电磁转矩驱动磁岛同步旋转。
2023-07-07 physics.plasm-ph
Magnetic island formation and rotation braking induced by low-Z impurity penetration in an EAST plasma
在我们的3D电阻MHD模拟中很好地再现了最近在EAST实验中连续形成4=1、3=1和2=1磁岛以及随后在低Z杂质穿透过程中制动2=1模的观测结果。由杂质辐射引起的平行电流扰动的增强主要有助于撕裂模的生长，而2=1岛的旋转主要是由于高n模的影响而被杂质积累所阻尼。
2022-09-17 physics.plasm-ph
RF current condensation in magnetic islands and associated hysteresis phenomena
非线性RF电流凝聚效应表明，磁岛可能会得到很好的控制，更广泛的沉积剖面比以前认为可能的。为了评估这种可能性，构造了一个简化的能量沉积模型，在一个对称的1D平板几何形状。通过限制可以通过阻尼吸收的RF波功率，该模型还描述了预测的滞后现象。与线性模型相比，非线性效应导致更大的温度变化，更窄的沉积宽度，和更强大的岛稳定。尽管在某些情况下，由于非线性效应，岛中心可能不利地被遮蔽，但是通常，RF冷凝效应可能发生，有利地，电流优选地靠近岛中心产生。
2019-07-02 physics.plasm-ph
Electromagnetic filament coalescence as magnetic island merging with diamagnetic effects
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；ITER-India, Institute for Plasma Research（印度国际热核聚变实验堆计划，等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
本文用三维电磁流体模型研究ELM丝状体非线性合并，发现密度扰动调节磁重联率与晃动幅度，确立其为额外控制参数。
2026-09-09 physics.plasm-ph
Multi-region relaxed magnetohydrodynamics in plasmas with slowly changing boundaries --- resonant response of a plasma slab
最近提出的动力学扩展的泰勒松弛，\emph{multi-region relaxed magnetohydrodynamics}（MRxMHD）的绝热极限进行了总结，特别注意相对磁螺旋度的适当定义。使用一个简单的两个区域，剪切磁场模型类似的Hahm-Kulsrud-Taylor（HKT）波纹边界板模型的形式主义。在MRxMHD的线性梯度-Shafranov方程适用，即使在有限的波纹振幅。边界波纹的绝热导通在谐振表面处激发出对抗重联的屏蔽电流片。扰动磁场作为纹波幅度的函数计算调用由电流片分开的两个区域中的磁螺旋度守恒。在低纹波振幅下，电流片的每一侧上出现“半岛”，将旋转变换锁定在谐振值。超过一个临界振幅，这些岛屿消失，旋转变换发展一个不连续的电流片。
2017-03-17 physics.plasm-ph
2D continuous spectrum of shear Alfven waves in the presence of a magnetic island
本文计算了磁岛存在时托卡马克等离子体中剪切阿尔芬模连续谱的径向结构。模式与磁岛相同的螺旋度被认为是在一个平板模型近似。在这个框架中，通过坐标的适当旋转，问题减少到2维。由于通量表面的截面的形状的几何效应被保留到所有阶。另一方面，我们只保留曲率效应在连续谱的低频部分中对β诱导能隙负责。在磁岛的O点处发现了新的连续谱聚集点。β诱导阿尔芬本征模（BAE）的连续积累点被发现位于分界线通量表面。最显著的结果是BAE连续谱聚点频率的非线性修正。
2010-09-08 physics.plasm-ph
Islands and current singularities in quasisymmetric toroidal plasmas
探讨了准对称磁场中电流奇异性的存在。准对称性是有效的隔离Pfirsch-Schlüter奇点，领先的顺序，一个单一的磁表面共振的螺旋对称性。压力驱动电流的影响进行了分析，表明排除该表面的等离子体体积减少了潜在的开放的岛屿，但一般不会完全消除它们，由于高阶不对称的几何效应。这些三维效应包含在准对称性中，并表明寻找一致性解的复杂性及其潜在的敏感性。$δ$函数电流奇异性仅在$B$的高阶傅立叶含量与电阻稳定性参数$D_R$相关时才表现出明显的准对称行为（不包括在首阶近轴展开式中）。在这种情况下，准对称性证明是有利的，既简单又避免了低阶有理曲面的放大。
2021-09-21 physics.plasm-ph
Hall magnetohydrodynamic reconnection in the plasmoid unstable regime
一组约化的霍尔磁流体动力学（MHD）方程被用来评估大纵横比电流片的稳定性等离子体团（二次岛）的形成。在该分析中，重新连接由电阻率驱动，其发生在电阻趋肤深度$d_η\equiv S_L^{-1/2} \sqrt{L v_A/γ}$处，其中$S_L$是伦德奎斯特数，$L$是电流片的长度，$v_A$是阿尔文速度，并且$γ$是生长速率。对最近的电阻MHD分析的修正[N.] F. Loureiro，A. A. Schekochihin和S. C. Cowley，Phys.等离子体{ \bf 14}，100703（2007）]在碰撞足够弱使得$d_η$短于离子趋肤深度$d_i \equiv c/ω_{pi}$时产生。次级岛在这种霍尔MHD制度中生长得更快：与电阻性MHD中的$S_L^{1/4} v_A/L$和$S^{3/8}$相比，最大生长速率缩放为$(d_i/L)^{6/13} S_L^{7/13} v_A/L$，等离子体团的数量缩放为$(d_i/L)^{1/13} S_L^{11/26}$。
2011-08-16 physics.plasm-ph
Comparison between resistive and collisionless double tearing modes for nearby resonant surfaces
线性不稳定性和非线性动力学的碰撞（电阻）和碰撞（由于电子惯性）双撕裂模式（DTM）的比较与使用的一个简化的圆柱模型的托卡马克等离子体。我们专注于两个q = 2谐振表面位于一个小的距离分开的情况下。研究发现，无论是磁重联机制、电阻率还是电子惯性，增长最快的线性本征模都可能具有高的极向模数m ~ 10。在无碰撞的情况下，不稳定模的谱趋于更宽。在非线性制度，它示出，在这两种情况下，快速增长的高m DTM导致涉及小磁岛结构的环形崩溃。此外，由于无碰撞重连的可逆性和强ExB流，无碰撞DTM表现出多个重连循环。无碰撞重联导致一个饱和的稳定状态，而在碰撞的情况下，电阻衰减保持系统弱动态驱动它回到不稳定的平衡保持源项。
2007-04-05 physics.plasm-ph
A four-field gyrofluid model with neoclassical effects for the study of the rotation velocity of magnetic islands in tokamaks
从陀螺流体方程组出发，导出了包含新经典流动阻尼效应和最低阶有限拉莫尔半径修正的四场方程组。极向流阻尼的FLR修正通过求解简化的陀螺运动方程来计算。该方程组被应用到托卡马克中的一个链的自由旋转的磁岛的研究，从电阻撕裂模式的非线性演化产生的，以确定岛屿的旋转速度一致的场的径向轮廓接近谐振表面。岛的旋转速度是通过施加扭矩平衡条件来确定的。由此推导出的方程适用于两个不同的碰撞制度，即弱阻尼制度和中间阻尼制度的研究。方程减少，在弱阻尼制度，在以前的作品中已经获得的形式，而一个额外的条款，包含最低阶FLR修正极向流阻尼，出现在中间阻尼制度。的数值积分的最终系统的方程允许确定依赖的等离子体碰撞和岛屿的宽度相比，离子拉莫尔半径的岛屿旋转速度。
2017-10-10 physics.plasm-ph
An Improved Neoclassical Drift-Magnetohydrodynamical Fluid Model of Helical Magnetic Island Equilibria in Tokamak Plasmas
用改进的新经典四场漂移MHD模型计算了扰动离子极化电流对新经典撕裂模稳定性的影响。该计算涉及的压力和标量电势配置文件在附近的相关的磁性岛链，这使得链的传播速度是固定的自洽的确定。两种制度被认为是。首先，一个政权，其中新古典离子极向流阻尼是不够强，以提高极化电流的幅度（相对于板几何形状中发现的）。第二，一个政权，其中新古典离子极向流阻尼足够强，显着提高极化电流的幅度。在这两种制度中，考虑了两种类型的解决方案。首先，自由旋转的解决方案（即，不与静态、共振、磁扰动相互作用的岛链）。第二，锁定解决方案（即，通过与静态、共振、磁扰动的相互作用而在实验室框架中静止的岛链）。在所有情况下，极化电流要么总是稳定的，要么是稳定的，只要eta_i = d ln T_i/d ln n_e不超过某个阈值。在一定的eta_i范围内，极化电流对自由旋转的岛有稳定作用，而对相应的锁定岛有失稳作用。
2015-11-19 physics.plasm-ph
Tearing Stability Prediction Combining Toroidal Calculations With a Two-Fluid Slab Layer
Columbia University（哥伦比亚大学）；Seoul National University（首尔大学）
本文提出了一种结合环形计算与双流板层的撕裂稳定性预测方法，通过SLAYER和STRIDE代码有效评估等离子体稳定性，为托卡马克装置的设计和安全运行提供支持。
2026-03-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Relaxed magnetohydrodynamics with cross-field flow
Mathematical Sciences Institute, Australian National University（澳大利亚国立大学数学科学研究所）；Proxima Fusion（普罗克西玛聚变）；School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数理科学学院）
本文研究了放松平衡中跨场流动的建模，通过度量张量将约束流与几何耦合，构建了平板、圆柱和托卡马克几何的平衡态，发现跨场流动与磁岛结构相关，影响磁岛谐波和平衡剖面。
2026-04-04 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Resistive Wall Tearing Mode Disruptions
本文研究电阻壁撕裂模 disruptions，指出高导电壁和主动反馈可缓解此类 disruptions，并通过模拟表明典型托卡马克 disruptions 可能本质上是 RWTM。
2024-01-13 physics.plasm-ph
Dynamics of resistive double tearing modes with broad linear spectra
研究了托卡马克等离子体简化圆柱模型中安全因子q=1和q=3时电阻性双撕裂模的非线性演化。我们专注于谐振表面是一个小的距离分开的情况下。最近的数值研究表明，在这样的配置高m模式是强烈不稳定的。在本文中，它首先表明，线性DTM理论预测的优势，高m DTM。从现有的线性理论出发，得到了估算最快增长模极向模数m_peak的半经验公式。其次，使用非线性模拟，它表明，快速增长的高m模式的存在下，导致快速湍流崩溃的环形区域，从而形成小的磁岛结构。此外，考虑到低m模式的演变，特别是全球m=1的内部扭结，它可以通过耦合到快速增长的线性高m DTM进行非线性驱动。讨论了影响动力学细节的因素。这些结果可能是相关的磁流体动力学（MHD）活动附近的最小的q的理解，因此可能感兴趣的研究与先进托卡马克的稳定性和约束。
2007-03-01 physics.plasm-ph
Nonlinear Evolution of q=1 Triple Tearing Modes in a Tokamak Plasma
在托卡马克等离子体中具有两个或三个q=1（q是安全因子）共振面的磁位形中，极向模数m远大于1的电阻磁流体动力学模是线性不稳定的。研究发现，这些高m值的双或三撕裂模通过非线性相互作用显著增强了m=1模的增长。这可以解释内部电阻扭结的突然发生，即，快速触发器基于随后的重联动力学，可以继续没有形成的m=1的岛屿，它建议，高m三重撕裂模式是一个可能的机制，无磁共振部分崩溃期间的磁共振振荡。
2005-03-09 physics.plasm-ph
A Multilevel Block Preconditioner for the HDG Trace System Applied to Incompressible Resistive MHD
针对不可压缩电阻磁流体动力学（MHD）高阶杂交间断Galerkin（HDG）离散化后的迹系统，提出了一种可扩展的块预处理策略。我们构建了块预条件与最小二乘换向器（BFBT）近似的舒尔补的逆隔离出的压力未知的跟踪系统。剩余的速度，磁场，和拉格朗日乘子未知数形成一个耦合的节点未知块（上块），系统代数多重网格（AMG）用于近似逆。MHD方程的复杂性以及静态凝聚HDG跟踪系统的代数性质使得系统AMG部分中平滑器的选择对于块预条件子的收敛性和性能至关重要。我们的数值实验表明，GMRES预处理的ILU（0）重叠零作为一个平滑内部系统AMG表现最好的鲁棒性，每次非线性迭代的时间和内存需求。通过几个二维和三维瞬态测试案例，包括高Lundquist数下的孤岛合并问题，我们证明了块预处理器的鲁棒性和并行可扩展性。此外，对于上层块的交替节点块系统求解器的多层近似嵌套剖分的基础上进行了初步研究。在一个2D的岛屿合并问题的多级近似嵌套解剖预处理显示出更好的可扩展性，相对于网格细化比系统AMG，但相对较弱的鲁棒性Lundquist数缩放。
2020-12-14 cs.NA math.NA physics.comp-ph
The island coalescence problem: scaling of reconnection in extended fluid models including higher-order moments
由于在大多数空间等离子体中用真实参数模拟无碰撞磁重联超出了当今模拟的能力，由于全球和动力学长度尺度之间的分离，在模型问题中建立标度关系以便外推到真实尺度是很重要的。最近，大规模的粒子在细胞（PIC）模拟岛聚结表明，时间平均重联率随系统的大小而减小，而在霍尔制度在这样的大尺度的流体系统还没有被研究。在这里，我们执行互补的电阻MHD，霍尔MHD和两个流体模拟使用具有相同的几何形状的十矩模型。与标准的Harris片重联问题相比，Hall MHD不足以捕捉重联区域的物理现象。此外，最近的一组混合动力模拟的结果表明，在这种几何形状的离子动力学的重要性的动机，我们评估的十矩模型再现这样的结果的功效。
2015-11-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Shear flow effects on double tearing mode global magnetic reconnection
研究了磁岛之间存在极向剪切流时的全球重联动力学。根据电阻率的值和低阶谐振表面之间的距离来识别不同的线性区域。结果发现，存在一个小的剪切流的影响，并显着延迟全球重联过程。它示出，这种延迟是链接到对称性的破坏所施加的剪切流的存在和产生的平均极向流中的电阻层。
2009-12-04 physics.plasm-ph
Plasma flow evolution in response to resonant magnetic perturbation in a tokamak
外部非轴对称磁场（如误差场和共振磁扰动（RMP））通过等离子体响应影响等离子体动量输运和流动演化，而等离子体响应本身的演化也强烈依赖于等离子体流动。在传统的误差场论中，在"无滑移“条件下，已经捕捉到了两者之间的非线性相互作用，最近，该理论被扩展到允许"自由滑移”条件。与模拟相比，我们解决了非线性等离子体响应和流动演化驱动的单螺旋RMP在托卡马克，使用全电阻MHD模型的初始值代码NIMROD。并行（到${\mathbf k}$）流或"滑移频率“的配置文件和它的渐近稳定状态从NIMROD模拟的时间演化进行比较与传统的和扩展的非线性响应理论。这里${\mathbf k}$是传播岛的波矢量。与扩展理论的“自由滑移”条件下已经实现了良好的协议的平行流动剖面演变响应RMP在所有的电阻制度，而与传统的理论与"无滑移“条件下的差异趋于减少等离子体电阻率接近零。
2020-07-20 physics.plasm-ph
Resistive Tearing Instability in Electron-MHD: Application to Neutron Star Crusts
我们研究了电阻性撕裂不稳定性的发展，在一个系统的发展，通过霍尔漂移的电子磁流体极限和欧姆耗散的综合作用。我们首先探讨线性情况下的指数增长的不稳定性，我们找到增长最快的模式，相应的本征值和色散关系。不稳定性增长率的比例为$γ\propto B^{2/3} σ^{-1/3}$，其中$B$是磁场，$σ$是电导率。我们确认的撕裂电阻不稳定性的发展，在完全非线性的情况下，在一个平面平行配置的磁场极性反转，通过模拟系统在霍尔平衡与一些叠加扰动。在瞬态阶段之后，在该瞬态阶段期间存在磁场的一些微小重排，扰动以指数方式增长。一旦不稳定性充分发展，磁场形成特征岛和X型重联点，其中欧姆衰减增强。我们讨论了这种不稳定性的影响，局部磁场演化中子星的地壳，提出它可以有助于加热附近的恒星表面，磁星后爆冷却模型所建议的。特别是，我们发现，一个电流片几米厚，覆盖少至$1\%$的总表面可以提供$10^{42}~$尔格的热能在几天内。我们简要地讨论了这种不稳定性在其他系统中的霍尔效应的运作，如原行星盘和空间等离子体的应用。
2016-09-08 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Island Merging: Two-dimensional MHD Simulation and Test-Particle Modeling
在一个理想化的系统中，四个电流通道相互作用在一个二维的周期性设置，我们遵循的详细演变的电流片（CS）之间的通道，作为一个大规模的合并的结果。一个中心X点塌陷，一个逐渐延伸的CS标志着连续的磁重联。使用网格自适应，非相对论性，电阻磁流体动力学（MHD）模拟，我们建立了缓慢，近稳定的Sweet-Parker重联过渡到一个混乱的，多等离子体破碎的状态，当Lundquist数超过约10的四次方，以及在以前的研究范围内的等离子体团不稳定性。在MHD研究中采用的极端分辨率显示了显着的磁岛子结构。通过相对论测试粒子模拟，我们探索了带电粒子如何在O点附近加速，无论是在嵌入式小岛内的较大的“怪物”岛或附近的怪物岛的中心。虽然平面MHD设置人为地在被忽略的第三方向上引起强加速度，但它也允许对导致O点附近的粒子的加速度和平面投影捕获的所有方面进行全面的分析研究。我们的分析方法使用的分解的颗粒速度在缓慢和快速变化的组件，类似于雷诺分解湍流研究。我们的分析描述验证了几个有代表性的测试粒子模拟。我们发现，经过一个初始的非相对论运动在整个怪物岛，粒子可以经历加速在O点附近超过0.7c，在该速度的加速是在其最高效率
2021-08-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.comp-ph
Nonlinear variational method for predicting fast collisionless magnetic reconnection
为了理解托卡马克放电中的磁塌缩，利用冷离子和电子的双流体模型研究了无碰撞等离子体中快速磁重联的机制。利用能量原理和非线性位移映射，对电子惯性引起的撕裂模的爆炸性增长进行了解析估计。在非线性制度（其中岛的宽度超过电子趋肤深度）的势能的减少被发现是陡峭的比在线性制度，导致加速重联。这种流体位移释放的势能导致不稳定的强对流，这是不阻尼的高温托卡马克等离子体中的小耗散效应。平板几何的直接数值模拟证实了非线性增长的理论预测。
2013-04-30 physics.plasm-ph
Computation of Magnetohydrodynamic Equilibria with Voigt Regularization
本研究首次探索用Voigt正则化求解无嵌套磁面假设的MHD平衡，通过二维理想与电阻测试验证其可显著加快电阻MHD问题收敛，为高效鲁棒的MHD平衡求解器及聚变装置设计提供新方向。
2025-06-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Resistive magnetohydrodynamic simulations of X-line retreat during magnetic reconnection
为了研究电流片运动对重联过程的影响，我们进行了电阻磁流体动力学（MHD）模拟两个位置接近的重联网站移动远离对方的重联发展。这种模拟的发展速度比其他等效的单扰动模拟，但最终表现出更高的重连率。未受阻碍的流出射流比指向两个电流片之间形成的磁岛的流出射流更快且更长。X线和流动停滞点位于每个电流片的尾端附近，非常靠近阻塞出口。X线后退的速度范围为~0.02-0.06，而驻点后退的速度范围为~0.03-0.07，单位为初始上游Alfven速度。在早期，流动停滞点位于比X线更靠近电流片中心的位置，但是在稍后这两个点的相对位置切换。因此，在时间的后期，在X线后退的相反方向上，有显著的等离子体流穿过X线。在整个模拟过程中，X线处的速度不等于X线的速度。受这些结果的启发，在X点的局部参数的X线撤退率的表达式推导出来。这个表达式表明，X线撤退是由于两个平流的散装等离子体流和扩散的正常分量的磁场。
2010-09-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Resistive instabilities of current sheets in stratified plasmas with a gravitational field
Institute for Fusion Studies, Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校物理系聚变研究所）；Department of Physics, Faculty of Science, Assiut University（阿西尤特大学理学院物理系）
研究了重力场中分层等离子体中电流片的电阻不稳定性，发现不利分层会增强撕裂模式的不稳定性，而有利分层则抑制重联过程。
2026-09-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Role of Edge Resonant Magnetic Perturbations in Edge-Localized-Mode Suppression and Density Pump-out in low-collisionality DIII-D Plasmas
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；General Atomics（通用原子能公司）；Max-Plank-Institut fur Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）
利用TM1代码进行双流体非线性MHD模拟，表明H模台基顶部和底部磁岛的形成，以及台基梯度区共振场的强屏蔽，可解释低碰撞率DIII-D等离子体中n=2共振磁扰动导致的ELM抑制和密度排出。
2026-07-01 physics.plasm-ph
Quasi-linear theory of forced magnetic reconnection for the transition from linear to Rutherford regime
本文利用无粘双场简化MHD模型，发展了一种新的解析理论，将HKT线性解和Rutherford准线性区统一起来。采用准线性方法，我们得到了一个封闭的方程组的等离子体响应的静态等离子体板几何形状。得到了强迫磁重联的积分形式的解析解，从HKT线性解到卢瑟福准线性解，该解析解在整个区域内都是一致有效的.特别地，准线性效应可以通过单个系数$K_s\propto S^{8/5} ψ_c^2$来描述，其中$S=\frac{τ_R}{τ_A}$和$ψ_c$分别是外部磁扰动的伦奎斯特数和幅度。当指标$K_s\rightarrow 0$。另一方面，准线性效应在$K_s\sim1$时的岛生长中起关键作用。我们的新的解析解也进行了比较，减少MHD模拟协议。
2020-11-08 physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection Onset via Disruption of a Forming Current Sheet by the Tearing Instability
最近的认识，斯威特-帕克电流片是严重不稳定的二次撕裂（等离子体）不稳定性意味着这样的电流片不可能发生在真实的系统。这表明，为了理解磁重联的发生，需要考虑电流层形成时撕裂不稳定性的增长。这样的分析是在这里的背景下，非线性电阻MHD的一般的时间相关的平衡，代表一个逐渐形成的电流片。结果表明，两个发病制度，单岛和多岛，是可能的，取决于电流片形成的速率。一个简单的模型被用来计算这两个政权之间的过渡的标准，以及在那一刻的重联开始时间和电流片参数。对于典型的日冕参数，该模型产生的结果与观测一致。
2016-02-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasma response to resonant magnetic perturbations near rotation zero-crossing in low torque plasmas
托卡马克装置基座顶部等离子体对共振磁扰动（RMP）的响应是实现边缘局域模（ELM）抑制的关键。由于旋转过零的径向位置在确定RMP的场穿透阈值中起着关键作用，因此等离子体响应在低输入扭矩等离子体中可能是不同的。在这项工作中，线性MHD代码MARS-F被应用到揭示的等离子体响应RMP的依赖于旋转过零点的旋转轮廓扫描的基础上的EAST平衡。结果表明，当过零点出现在有理曲面附近时，等离子体响应增强。等离子体响应的旋转过零的位置的依赖关系是很好的拟合由一个双高斯，表明在这种增强的两个效果。一种是由旋转屏蔽效应引起的，表现为宽基底（宽度约为10-20 krad/s），另一种是由电阻性奇异层效应引起的，表现为局部峰值（宽度约为3-4 krad/s）。峰的宽度与电阻性奇异层宽度成比例。等离子体位移表明，当零交叉点位于奇异层内时，响应类似撕裂，而当零交叉点远离奇异层时，响应类似扭结。当局部转动的绝对值不大于10-20 krad/s时，磁岛宽度在峰值处的增加仅为2倍左右。在EAST ELM抑制放电中的等离子体响应的建模中进一步证实了这一点。尽管$E\times B$旋转中存在过零点，但电子垂直旋转中不存在过零点，但使用这两种旋转轮廓获得的等离子体响应没有显着差异。这表明，基座顶部附近的旋转不应远离零，但可能不需要过零来访问ELM抑制。
2021-07-02 physics.plasm-ph
Coronal Loop Heating by Nearly Incompressible Magnetohydrodynamic and Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence Models
光波和湍流在光球层之外的传输是日冕加热问题的核心。采用近不可压缩磁流体动力学（NI MHD）理论模拟了宁静日冕中的湍流，描述了低频湍流在开放磁场区的输运。它描述了耦合的多数准二维和少数板组件的演变，驱动的磁地毯和平流的亚音速，亚Alfvenic流从较低的日冕。本文将NI MHD湍流传输模型与日冕MHD模型耦合，研究日冕环中的加热问题。在一个现实的基准日冕环问题，我们发现，一个环可以加热到150万K的运输和耗散的MHD湍流所描述的NI MHD模型。我们还发现，大多数2D组件是作为重要的少数板组件在加热的冕环。我们比较我们的耦合MHD/NI MHD模型的结果与简化MHD（RMHD）模型。这些模型之间的一个重要区别是，RMHD解决了小规模的速度和磁场波动，并获得与它们的演变相关的实际粘性/电阻耗散，而NI MHD演变的波动速度和磁场的标量矩和近似耗散使用MHD湍流现象。尽管模型之间存在基本差异，但它们的模拟结果非常匹配，在日冕内部产生几乎相同的加热速率。
2023-01-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Reconnection and particle acceleration in interacting flux ropes I. Magnetohydrodynamics and test particles in 2.5D
利用电阻磁流体力学（MHD）模拟方法结合相对论测试粒子方法研究了与电流驱动不稳定性相关的磁重联和非热粒子分布。我们提出了一个系统，两个平行的，排斥电流通道在最初的无力平衡，作为一个简化的代表性的通量绳在恒星磁层。电流通道在Alfvénic时间尺度上经历旋转和分离，形成次级岛和（直到撕裂不稳定）电流片，其中预计将发展非热能分布。使用最近开发的粒子模块，我们的开源网格自适应MPI-AMRVAC软件，我们模拟MHD演化结合测试粒子处理MHD快照。我们探讨下，等离子体$β$条件下最快的重联发生在两个半维（2.5 D）的情况下，在这些设置测试粒子的演变。我们量化的能量分布，加速机制，相对论修正的粒子运动方程和磁主导的质子-电子等离子体的电阻率的影响。由于大的电阻电场和无限长的电流通道中的粒子的不确定的加速，硬能谱被发现在2.5维配置。这些数值伪影的解决方案提出了2.5D设置和未来的3D工作。我们讨论了磁流体力学的一个额外的扭结不稳定性在3D设置和预期的影响能量分布。所获得的结果作为一个证明的原则，在MHD模拟测试粒子的方法，相关的探索不太理想的情况下，如太阳耀斑和更奇特的天体物理现象，如黑洞耀斑，磁星磁层和脉冲星风星云。
2017-02-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Forced magnetic reconnection and plasmoid coalescence: I - MHD Simulations
强迫磁重联是由外界扰动触发的重联现象，在日冕中应该是普遍存在的。在这种情况下释放的能量可能比微扰引入的能量大得多。目前还不清楚外部扰动和初始电流片的性质如何影响重联区的性质，从而影响重联动力学和能量释放曲线。我们研究了外扰动形式和初始电流片对重联区演化和能量释放过程的影响。我们将探讨多个同时扰动之间的非线性相互作用，这代表了更现实的情况。未来的工作将使用这些结果在测试粒子模拟研究粒子加速多重联事件。模拟使用Lare 2d，一个2.5维拉格朗日重映射求解器的粘阻MHD方程。强迫重联模型扩展到包括叠加的正弦驱动扰动，包括局部高斯扰动。一个瞬态扰动施加到一个区域的边界包含一个无力的电流片。模拟域足够宽以允许多个磁岛形成和合并。岛屿合并对能量释放有显著贡献，并涉及快速重新连接。长波长模式的扰动占主导地位的演变，没有重连的存在是缓慢的，在短波长模式的情况下，或初始电流片保持稳定，在噪声扰动的情况下。多重扰动以高度非线性的方式结合：重联通常比单独施加任一扰动时更快，多个低能量事件有助于相同的总能量释放。
2019-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Extended theory of the Taylor problem in the plasmoid-unstable regime
考虑薄重联电流片的等离子体团不稳定性，解决了强迫磁重联的一个基本问题。在这个问题中，重联是由一个小振幅的边界扰动撕裂稳定的平板等离子体平衡。结果表明，磁重联过程的演化依赖于外源扰动和微观等离子体参数。小的扰动导致缓慢的非线性卢瑟福演化，而较大的扰动可以导致一个稳定的斯威特帕克相或等离子体相。触发等离子体相所需的阈值扰动幅度的表达式推导，以及在等离子体为主的政权的重连率的解析表达式。粘阻磁流体动力学模拟补充分析计算。等离子体团的形成起着至关重要的作用，允许快速重联在磁流体动力学等离子体，和所提出的结果表明，它可能会发生，并具有深远的后果，即使等离子体撕裂稳定。
2015-04-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Study of low-frequency core-edge coupling in a tokamak: III. Core-localized MHD continuum pulsations \& distant forced reconnection
National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学和技术研究院）；KAIST（韩国科学技术院）；Research Organization for Information Science and Technology (RIST)（信息技术科学研究机构）
本研究通过MHD模拟揭示托卡马克中心q≈1区域慢磁声脉动与远处q≥2有理面可逆磁重联的耦合机制，展示了慢波、压力驱动电阻互换与撕裂的非局域相互作用。
2026-09-25 physics.plasm-ph
