MHD simulation of tilt instability during the dynamic FRC magnetic compression process
使用NIMROD代码的MHD模拟研究了动态磁压缩过程中FRC倾斜不稳定性的非线性演化，发现环向流可降低其增长率与饱和幅度并延迟变形，从而实现高达5.3的磁压缩比。
2025-06-25 physics.plasm-ph
Nonlinear MHD simulation of core plasma collapse events in stellarators
利用三维非线性磁流体动力学模拟研究了仿星器实验中观测到的堆芯坍缩事件。在像Wendelstein 7-X这样的低磁剪切配置中，旋转变换轮廓对环向电流密度非常敏感。研究了具有局部环形电流密度的3D平衡。如果环向电流密度在等离子体小半径的中间局部跟随，则旋转变换也局部改变。磁岛的出现有时会引起磁拓扑的变化。用全三维非线性MHD程序研究了MHD不稳定性的非线性行为。发现了以下序列。首先，在等离子体芯中出现高n气球型模结构，然后模线性增长。高n气球模式非线性耦合和饱和。模式结构改变为低n模式。在该阶段，由于非线性耦合，磁场结构变得强随机进入等离子体核心。最后，等离子体压力沿着随机场线扩散，然后核心等离子体压力下降。这是用强非线性耦合解释堆芯坍塌事件的一个重要结果。
2021-05-11 physics.plasm-ph
Implementation and Verification of Toroidal Resistive Wall Boundary Conditions in the PIXIE3D MHD code using a Boundary Integral Method
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Coronado Consulting（科罗纳德咨询公司）
本文在PIXIE3D扩展磁流体力学代码中实现了轴对称环形几何中的电阻壁边界条件，采用薄壁近似和边界积分法求解真空区磁标势，并通过解析验证示例证明了二阶精度。
2026-06-03 physics.plasm-ph
Calculation of large-aspect-ratio tokamak and toroidally-averaged stellarator equilibria of high-beta reduced magnetohydrodynamics via simulated annealing
本文采用模拟退火松弛法计算了环形几何中的高β约化磁流体动力学（MHD）平衡。SA方法，基于人工动力学从MHD哈密顿结构，用于计算大纵横比和圆形截面托卡马克以及环形平均仿星器的平衡。托卡马克平衡，包括不可压缩的极向旋转和Shafranov移位被认为是增加近二次方的旋转速度。非旋转和poloidally旋转平衡之间的映射过程中示出的平衡移动旋转的二次依赖性解释。计算仿星器平衡被认为是同意合理与以前的结果。数值结果表明，第一次成功地应用SA方法获得环形平衡。
2018-05-01 physics.plasm-ph
MHD turbulence and distributed chaos
利用最近的直接数值模拟结果表明，在具有零平均磁场的MHD湍流中，分布混沌的谱特性与流体动力学湍流的谱特性相似。一个例外是当拉伸指数谱$\exp(-k/k_β)^β$具有$β=4/7$时，空间平移对称性的MHD自发破缺。
2016-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Chaos-induced transport due to electrostatic-fluctuations in a toroidal plasma
Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM（墨西哥国立自治大学核科学研究所）；Institute for Fusion Studies, UT Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究中心）
本文通过环形几何中的试验粒子模型，研究静电涨落引起的混沌输运，发现混沌运动与随机过程均导致扩散输运，且带状流可形成输运垒，支持混沌运动为输运机制。
2026-09-22 physics.plasm-ph
A toroidally spectral field solver in the X-point Gyrokinetic Code for accurate simulation of reduced magneto-hydrodynamic modes
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Fiat Lux, LLC（Fiat Lux有限责任公司）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Jubilee Development；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
在全局电磁总f回旋动理学粒子云网格代码XGC中实现了一种新的场求解器，通过放弃大环径比假设并采用环向谱离散化，提高了对大规模MHD型模式（如内扭曲模、撕裂模和剥离模）的求解精度。
2026-06-25 physics.plasm-ph
Kinetic versus Magnetic Chaos in Toroidal Plasmas: A systematic quantitative comparison
本文利用较小对齐指数（SALI）方法系统定量比较环形等离子体中磁力线混沌与粒子轨道混沌的差异，并在能量、磁矩和环向动量空间中绘制混沌图，为聚变装置粒子输运与约束研究提供新工具。
2024-02-24 nlin.CD physics.plasm-ph
Magnetic Field Line Chaos, Cantori, and Turnstiles in Toroidal Plasmas
Columbia University（哥伦比亚大学）
本文综述了磁约束等离子体中混沌、康托集和转子数学概念的物理意义及其在磁重联、非共振分流器和失控电子等关键问题中的应用。
2026-03-11 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
Quantum chaos? Genericity and nongenericity in the MHD spectrum of nonaxisymmetric toroidal plasmas
本征模谱是分析等离子体稳定性和湍流发生的基本出发点，但即使是最简单的等离子体模型，理想磁流体动力学（MHD），频谱的特性还没有完全理解。这在没有连续几何对称性的配置中尤其如此，例如当考虑外部磁场线圈的离散性质时的真实托卡马克，或者替代聚变概念，仿星器，其中轴对称被故意打破以提供非零绕组数（旋转变换）的磁场线动力学的每个不变环面（假设为目前的目的是一个可积的哈密顿系统）。量子（波）混沌理论提供了从统计学上表征光谱的工具，从可分情况下的规则光谱（可积半经典动力学）到半经典射线动力学如此混沌以至于无法对单个特征值进行简单分类的情况（量子混沌）。的MHD频谱表现出一定的非通用特性，我们表明，使用玩具模型，是欠稳定的从数论性质的渐近谱在大的环形和极向模式（量子）数的限制时，只有一个单一的径向模式数被保留。更现实的是，使用理想的MHD代码CAS3D，我们已经构建了一个数据集的几百个增长率特征值的一个非稳定的三维仿星器平衡与一个相当平坦的，非单调的旋转变换配置文件。本征值间距的统计分析表明，一般的量子混沌的证据，我们归因于具有大量的径向模式数的混合效应。
2006-08-31 nlin.CD physics.plasm-ph
Modelling of saturated external MHD instabilities in tokamaks: a comparison of 3D free boundary equilibria and nonlinear stability calculations
与线性MHD稳定性代码和非线性分析理论相比，最近已使用3D自由边界平衡计算来模拟外部扭结和边缘谐波振荡（EHO）[Kleiner等人，PPCF 61 084005（2019）]。在这项研究中，VMEC平衡代码的结果进行了比较，进一步与非线性减少MHD模拟，使用JOREK代码。这项调查的目的是了解在何种程度上的建模方法同意，并确定重要的物理效应，可以修改的动态。对于模拟的外部扭结，这是由一个单一的环形谐波占主导地位，良好的协议被发现时，一个大的伦德奎斯特数使用的JOREK模拟，这样的电阻效应是次主导。模拟EHO的多个环形谐波是线性不稳定的，所观察到的饱和扰动可以在主导的环形谐波不同。在理想时间尺度上，JOREK中观测到n=2的EHO，而VMEC预测的饱和扰动是n=1的模式.扩展到电阻效应可以发挥作用的时间尺度的模拟，类似的n=1的扰动可以foundation.The耦合不同的线性不稳定的环形谐波的JOREK模拟拓宽了磁能谱和遍历的等离子体边缘区域，导致在一个更本地化的压力扰动。在VMEC中没有观察到这些效应，因为封闭的磁通量表面是强制的。尽管JOREK结果对假设电阻率的敏感性，但即使对于这种更高级的情况，也可以使用合理一致的两种方法找到饱和状态。
2022-06-03 physics.plasm-ph
Applications of Poincaré Boundary Condition for 3D Ideal MHD Equilibrium and Optimization
Princeton University（普林斯顿大学）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Thea Energy（Thea能源公司）
本文提出在单个环向平面预设庞加莱截面作为新的边界条件，在DESC中实现，相比固定LCFS更灵活且计算成本不变，能提高收敛性并降低力误差，且可直接作为优化变量用于准螺旋配置设计。
2026-09-30 physics.plasm-ph
Strong "quantum" chaos in the global ballooning mode spectrum of three-dimensional plasmas
强非轴对称环形系统中理想磁流体动力学（MHD）压力驱动（气球状）模的谱很难用数值方法分析，这是由于缺乏固有尺度长度导致的理想MHD的奇异性。本文利用$k$ -空间截断正则化理想MHD，使WKB气球形式的射线追踪成为混沌Hamilton台球问题。用Weyl公式估计了用全局本征值码求解环形局部气球模所需的环形傅里叶谱的最小宽度。这种相空间体积估计方法适用于两个仿星器的情况。
2001-02-21 nlin.CD physics.plasm-ph
The linear tearing instability in three dimensional, toroidal gyrokinetic simulations
使用全球陀螺动力学湍流代码GKW对三维环形几何中的经典撕裂模式进行了线性陀螺动力学模拟。结果与圆柱形理想磁流体动力学和解析理论计算结果进行了比较。通过改变电流分布、碰撞度和压力梯度，研究了该模式的稳定性、增长率和频率。无碰撞和半碰撞撕裂模式被发现与两者之间的平滑过渡。一个剩余的，有限的，旋转频率的模式，即使在缺乏压力梯度的观察，这是由于环形有限Larmor半径的影响。当在低碰撞性下存在压力梯度时，模式以预期的电子抗磁频率旋转。然而，岛旋转反转方向在高碰撞。的增长率被发现遵循$η^{1/7}$标度与碰撞电阻率在半碰撞制度，紧随Fitzpatrick发现的半碰撞标度。该模式的稳定性密切遵循的稳定性，使用电阻MHD理论，然而，由于环形耦合和压力效应的修改被视为。
2014-08-01 physics.plasm-ph
Chaotic motion of charged particles in toroidal magnetic configurations
研究了带电粒子在托克马克磁场中的运动并讨论了其混沌性质。与以往的研究不同，本文不作任何运动常数的假设，采用哈密顿方法数值求解回旋回旋。我们利用辛积分器，使我们能够进行长时间的模拟。首先考虑一个理想化的磁位形，我们增加了一个非通用的扰动对应的磁波纹，打破了一个不变量的运动。混沌运动，然后观察和开放的问题之间的联系混乱的磁场线和混乱的粒子轨迹。其次，我们回到一个轴对称的配置和调整的安全系数（磁配置），以恢复混沌运动。在这最后一个设置与两个常数的运动，混沌的存在意味着没有第三个全局常数的存在，我们强调这一事实，通过查看在这个混乱的设置的一阶磁矩的变化。我们正面临着一个混合的相空间与规则和混乱的地区，并指出在执行一个全球性的减少，如陀螺动力学的困难。
2014-12-04 nlin.CD physics.plasm-ph
Asymmetry of MHD equilibria for generic adapted metrics
本文证明了在紧致三维流形上，具有非常数压力的MHD平衡对于开且稠密的适配度量集合不承认连续Killing对称性，从而与Grad关于环形欧几里得区域中MHD平衡必具欧几里得对称性的经典猜想形成对比。
2024-09-06 math-ph math.DG math.MP
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
Integrating Gyrokinetic Flux Predictions with Ideal MHD Stability Boundaries
General Atomics（通用原子能公司）；UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority)（英国原子能管理局）
提出一种集成台基-稳定性工作流，结合平衡扫描、MHD稳定性分析和回旋动理学输运预测，再现KBM第一和第二稳定性结构，并应用于球形托卡马克和SPARC类高环向场等离子体。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Plasma pressure response to non-inductive current drive in axisymmetric visco-resistive MHD steady-states
针对黏阻 MHD 托卡马克稳态模型压力水平不真实的问题，本文构建压力 Poisson 方程并引入非感应电流驱动修正环向电流，显著改善压力剖面。
2025-07-28 physics.plasm-ph
Enhanced toroidal flow stabilization of edge localized modes with increased plasma density
尽管理论分析通常预测在实验参数范围内环形流对边缘局域模（ELMs）的稳定作用很弱，但一般认为环形流对托卡马克边缘基座稳定性有重要影响。对于第一次，我们发现从两个流体MHD计算，这样的稳定，但是，可以显着提高通过增加边缘等离子体密度。我们的发现解决了一个长期存在的谜团是否或如何环形旋转确实可以有效地影响ELM，并解释了为什么ELM缓解和抑制的环形旋转更有利地实现在较高的碰撞制度在最近的实验。这一发现提出了一种新的控制方案，调制环形流稳定的ELMs与等离子体密度，随着一个新的附加约束的最佳水平的等离子体密度为所需的边缘等离子体条件。
2017-05-08 physics.plasm-ph
On the polarization of shear Alfvén and acoustic continuous spectra in toroidal plasmas
本文采用了ESCCON程序来描述环形聚变等离子体中剪切Alfvén谱和连续谱的特征。ESTCON代码采用[Phys. of Plasmas \textbf{26}（8），082502（2019）]中讨论的局部Floquet分析，用于计算一般环形几何结构中连续光谱的全局结构。作为特殊的应用，参考平衡的偏滤器托卡马克测试和ASDEX升级等离子体被认为是。特别是，我们说明了模式极化的重要性，认识到在理想的MHD极限的连续光谱的各个分支的物理相关性。我们还分析了等离子体压缩效应和慢声近似的有效性。
2020-04-27 physics.plasm-ph
MHD Simulation Study on Impurity Assimilation Efficiency and Disruption Dynamics during Shattered Pellet Injection
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本研究通过磁流体动力学模拟分析了破碎丸注入中杂质吸收效率和失稳动力学，发现碎片速度、细度及电阻率等参数对等离子体行为有显著影响。
2025-12-17 physics.plasm-ph
MHD stability analysis of ideal wall modes for CFETR upgrade phase-I scenario using NIMROD
采用NIMROD初值程序对中国聚变工程试验堆（CFETR）升级第一阶段基线方案的理想磁流体稳定性进行了评估。在单流体和双流体MHD模型中，考虑了n=1-30的环形模数的稳定性分析。计算结果表明，所有的模都是不稳定的，具有边缘局域模的特征。对于n $\leq$ 13模式，双流体MHD模型的增长率略高于单流体MHD模型，而对于n $>$ 13模式，这一趋势则相反，这意味着需要双流体MHD模型来分析高n模式。此外，$n=1-10$模式被发现是更不稳定的增加壁的位置，最终他们的增长率接近的值在无壁限制。
2017-11-24 physics.plasm-ph
Shear Alfvén and acoustic continuum in general axisymmetric toroidal geometry
在理想磁流体动力学极限下，在一般几何的气球空间中，引入并求解了描述沿磁场线传播的剪切Alfvén波和离子声波的连续谱的方程。这种方法与Chu等人（1992）[Phys.Fluids B 4，3713（1992）]的早期分析是等价的，但在气球空间中的现有公式可以很容易地将其扩展到包括回转运动和三维平衡效应。特别是，在Chen和Zonca 2017 [Phys. Plasmas 24，072511（2017）]之后，采用MHD极限来说明简单情况下的一般方法，并在Floquet和Hill方程理论的框架内求解方程。剪切阿尔文和离子声波连续结构的广义等离子体惯性在一般的鱼骨状色散关系的连接也被说明和讨论。作为应用，计算了偏滤器托卡马克实验装置参考平衡的连续频谱。的结果进行了比较，所获得的MARS代码采用标准的方法，表现出良好的协议。
2019-09-06 physics.plasm-ph
Analytic Hall Magnetohydrodynamics toroidal equilibria via the energy-Casimir variational principle
本文基于能量-Casimir变分原理推导了霍尔磁流体动力学轴对称等离子体平衡方程，获得Grad-Shafranov-Bernoulli型方程组的两族解析解，并证实了离子速度面与磁面的分离有利于等离子体约束。
2023-07-29 physics.plasm-ph
MHD instabilities in accretion mounds - II. 3D simulations
利用PLUTO MHD程序对中子星吸积丘中压力驱动的环形模不稳定性进行了三维MHD模拟研究。我们的研究结果证实，超过阈值质量的土堆，不稳定性形成指状通道的周边，导致质量损失的磁约束土堆。内部中空的环形土丘也显示了内部边缘的不稳定性。我们对不同大小的土墩进行了模拟，以研究土墩质量对不稳定性增长率的影响。我们还研究了这种不稳定性对诸如回旋共振散射特性和这种系统的定时特性等可观测量的影响。
2013-07-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Gyrokinetic ion and drift kinetic electron model for electromagnetic simulation in the toroidal geometry
电子的动力学效应对长波长磁流体动力学（MHD）不稳定性和短波长漂移Alfvenic不稳定性都很重要，因为非绝热电子可以与低频不稳定性相互作用，改变和驱动低频不稳定性。提出了一种新的守恒分裂权方法，用于托卡马克等离子体中漂移动力学电子的电磁场模拟，该方法在不牺牲物理特性的前提下，不受垂直网格尺寸对电子趋肤深度的数值约束，具有很大的计算优势.利用该模型验证了动力学Alfven波和无碰撞撕裂模的存在，并已将其应用于GTC程序中。该模型将用于微撕裂模和基于第一性原理的新经典撕裂模的模拟。
2017-02-05 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
Nonlinear Saturation of Kinetic Ballooning Modes by Zonal fields in Toroidal Plasmas
动力学气球模（KBM）被广泛认为在托卡马克中的扰动动力学和湍流输运中起着关键作用。虽然气球模式的非线性演化被认为是托卡马克等离子体爆轰的一种机制，但动力学效应在这种非线性动力学中的作用在很大程度上仍未得到探索。在这项工作中，全球陀螺动力学模拟结果的KBM非线性行为。而不是理想的MHD理论预测的有限时间奇异性，动力学不稳定性发展成一个中间的非线性制度的指数增长，然后由自发产生的带状场调节的非线性饱和。在中间非线性区域，局域电流片的快速增长被观察到。
2018-05-01 physics.plasm-ph
Noble internal transport barriers and radial subdiffusion of toroidal magnetic lines
磁力线运动的单一轨迹表明持久性的中央保护等离子体核心，包围在一个双面运输障碍的混沌壳：后者被确定为由两个Cantori位于两个连续的“最高贵”的数值的扰动安全因子，并形成一个内部运输障碍（ITB）。成功穿过这个势垒的磁力线开始在一个广阔的混沌海中游荡，一直延伸到一个非常坚固的势垒（只要L<1），这个势垒在数学上被认为是等离子体边缘的坚固的KAM表面。在这种情况下，运动被证明是间歇性的，与长阶段的伪陷阱在混乱的壳，或坚持周围的岛屿遗迹，预期连续时间随机游走。
2002-05-31 nlin.CD physics.plasm-ph
Interplay of transitions between oscillations with emergence of fireballs and quantification of phase coherence, scaling index in a magnetized glow discharge plasma of toroidal assembly
在SINP托卡马克环形真空室中观测到辉光放电等离子体中浮动电位涨落跃迁的相互作用。随着垂直磁场和环形磁场强度的变化，观察到规则和反向弛豫振荡以及正弦振荡，弛豫振荡的慢和快的时间尺度在高值的垂直磁场强度下反转其性质。然而，对于较小的值的环形磁场的转变遵循松弛$\rightarrow$混沌振荡与混沌性质占主导地位的较高值的环形磁场。本文研究了在垂直场、环向场以及在不同强度的固定环向场（混合场）下垂直场增大的作用下，伴随阳极火球动力学的演化。对每种情况下的相位相干指数进行了估计，以检验有限非线性相互作用的证据。一个全面的研究发现，火球的动力学与相位相干指数的值。该指数被发现采取最大值的情况下，环形，混合场时存在的功率/能量集中在一个大的区域的频带。使用去趋势波动分析（DFA）通过估计标度指数的标度区域的详细研究已经进行了增加值的放电电压，垂直，环形以及混合场（环形加垂直）。研究了在较高的环向混合场值下阳极辉光的持久长程行为，而增加DV，垂直磁场导致标度指数大于1的完全相关动力学
2017-04-05 physics.plasm-ph
MHD stability of JT-60SA operation scenarios driven by passing energetic particles for a hot Maxwellian model
分析了高能粒子通过对JT-60 SA等离子体中的电阻气球模（RBM）和高能粒子驱动模的影响，从而预测了N-NBI加热等离子体的稳定性。分析是使用代码FAR 3d，解决了减少MHD方程描述的线性演化的极向通量和涡的环向分量在一个完整的3D系统，再加上方程的密度和平行速度矩的高能粒子（EP）的物种假设平均麦克斯韦EP分布拟合的减速分布，包括声学模式的影响。模拟结果表明，在类似ITER的感应情况下，频率（f）为115 kHz的3/2-4/2 TAE、f=98 kHz的6/4-7/4 TAE和f=57 kHz的6/4或7/4 BAE可能会不稳定。当高能粒子β增加时，β诱发的AE（BAE）、环形AE（TAE）和椭圆AE（EAE）在等离子体的中间-内部区域发生不稳定，导致不同环形族的AE发生重叠。如果这些不稳定性共存于非线性饱和相中，则EP输运可被增强，导致较低的加热效率。对于一个假设的配置的基础上的ITER类电感的情况下，但中心峰值EP配置文件，EP β阈值增加，几个BAE是不稳定的内部等离子体区域，表明改善AE稳定性相对于离轴峰值EP配置文件。此外，一个假设的JT-60 SA方案与共振q=1的内等离子体区域的分析表明，鱼骨状的不稳定性的离轴峰值EP配置文件的不稳定。此外，EP对RBM具有稳定作用，随着等离子体基座处具有低能量（低于250 keV）的EP的数量增加而增强。
2020-10-08 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
Tearing mode stability calculations with pressure flattening
托卡马克撕裂模稳定性的计算方便地分为一个外部区域，在边缘稳定的理想MHD是适用的，和谐振层周围的合理的表面需要复杂的动力学物理。这两个区域通过稳定性参数耦合。压力和电流的扰动局部周围的合理的表面改变撕裂模式的稳定性。方程的外部解决方案的变化，并推导出任意扰动的轴对称环形几何形状。对于四种压力平坦函数，解析地得到了有和无压力平坦的-的关系。电阻MHD代码不包含适当的层物理，因此不能直接预测稳定性。但是，它们可以用来计算-。现有方法（Ham等人，2012 Plasma Phys. Control. Fusion 54 025009）用于从电阻代码中提取的方法在合理表面处存在有限的压力梯度并且由于Glasser稳定效应而具有有利的平均曲率时是不令人满意的。为了克服这个困难，我们引入了一个特定的压力平坦化功能，允许使用较早的方法。该技术首先在圆柱形几何形状与人工有利的曲率数值测试。它的应用，然后证明了环形几何使用环形托卡马克撕裂模稳定性代码T7（菲茨帕特里克等人，1993年核聚变33 - 1533），它使用一个近似的解析平衡。应用这种方法的电阻MHD代码，如MARS-F（刘等2000年物理等离子体7 3681），利用一个完整的环形平衡的前景进行了讨论。
2013-08-09 physics.plasm-ph
Mechanisms of plasma disruption and runaway electron losses in tokamaks
本文在分析大量TEXTOR托卡马克等离子体破裂实验数据的基础上，提出了逃逸电子束的形成和损失机制。等离子体破裂是由非线性激发的低模数磁流体动力学（MHD）模形成的强随机磁场引起的。据推测，失控的电子束是形成在由一个完整的磁表面，由于电子的感应环形电场的加速限制的中心等离子体区域。在具有安全因子$q(0)<1$的等离子体的情况下，最稳定的逃逸电子束由位于磁表面$q=1$和最近的低阶有理表面$q=m/n>1$（$q=5/4$，$q=4/3$，.）之间的完整磁表面形成。估算了热失超时间和电流失超时间.逃逸电子束流被建模为环对称部分和一个小幅度的螺旋电流占主导地位的$m/n=1/1$组件的总和。逃逸电子的损失是由于两种效应：（$i$）通过电子在环形电场中向外漂移直到它们接触壁和（$ii$）通过在束边缘形成逃逸电子的随机层。在$m/n=1/1$ MHD模存在下，形成了这种高能逃逸电子的随机层。它具有混合拓扑结构，具有一个随机的开放区域。讨论了外共振磁扰动对逃逸电子损失的影响。本文用高能电子轨道与$m/n=1/1$ MHD模共振相互作用过程中逃逸电流的重新分布解释了伴随逃逸电子爆发的突发MHD信号的可能原因。
2015-03-23 physics.plasm-ph
The properties of resistive MHD modes and unstable spectra in advanced tokamak regimes
该研究针对先进托卡马克低磁剪切区域的MHD不稳定性问题，推导解析解并扩展求解器，探究多因素对稳定性的影响，指出数值计算常见假设的局限性，为聚变堆稳定方案设计和重联事件理解提供支撑。
2025-09-03 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Influence of plasma shaping on the parity of core-localized toroidal Alfvén eigenmode in an advanced tokamak configuration
College of Sciences, Tianjin University of Science and Technology（天津科技大学理学院）
研究了等离子体形状对先进托卡马克配置中核心局域环形阿尔法特征模奇偶性的影响，发现等离子体形状变化导致模式奇偶性由奇变偶。
2025-12-19 physics.plasm-ph
Low-$n$ global ideal MHD instabilities in CFETR baseline scenario
本文对中国聚变工程试验堆（CFETR）基线方案中不同第一壁位置的线性理想磁流体动力学（MHD）稳定性进行了评估。在分析中使用了初值码NIMROD和特征值码AEGIS。两个程序对理想导电第一壁不同位置的$n=1-10$理想MHD模的增长率计算结果吻合较好。较高的$n$模式占主导地位的气球模式和本地化的基座区，而较低的$n$模式有更突出的外部扭结组件和更广泛的模式配置文件。利用NIMROD研究了等离子体真空度分布和壁面形状的影响。利用AEGIS进一步研究了存在电阻壁时的低$n$理想MHD不稳定性。对于设计的第一壁位置，发现$n = 1$阻性壁模（RWM）是不稳定的，在Alfvén速度为2.9%以上时，可以通过均匀的环形旋转使其完全稳定.
2019-11-23 physics.plasm-ph
Reconstruction of the magnetic perturbation in a toroidal force-free circular plasma: application to the Reversed Field Pinch
本文提出了一种计算圆形截面环形无力等离子体中磁扰动径向分布的新方法。该方法是相当普遍的，可以适用于任何圆形低β等离子体一旦施加适当的边界条件。特别是，由于其特性，它适合于描述反向场箍缩（RFP）配置。环形几何的曲线度规采用磁通坐标描述，磁场用两个独立势的逆变表示。该方法导致一个系统的Newcomb方程在两个独立的潜力模式具有相同的环形n-数和极向模数m耦合的环面。这种描述的优点在于，电势连同度量系数可以以直接的方式与磁场相关。此外，它是形式上简单，并保持了类似的圆柱形处理。实际上，在RFPs中，通常采用圆柱形几何来分析MHD不稳定性。尽管如此，一个更现实的环形几何形状的效果可以发挥重要的作用，实际上通过应用该方法的反向场实验（RFX）等离子体，我们发现，对磁扰动的环形效应是不可忽略的。
2004-10-21 physics.plasm-ph
Evidence of low-dimensional chaos in magnetized plasma turbulence
我们分析探头数据从环形磁化等离子体配置适合低频梯度驱动的不稳定性的研究。这些不稳定性会产生类似于中性流体中瑞利-贝纳德胞的场向对流卷，理论上可能会发展出类似的混沌路径。当使用平均场维数分析时，我们观察到低维，但这可能源于低维混沌，周期或准周期。因此，我们应用递归图分析以及最大李雅普诺夫指数的估计。这些分析提供了低维混沌的证据，与理论预测一致。
2008-03-10 physics.plasm-ph
Axisymmetric equilibria with anisotropic resistivity and toroidal flow
在磁流体力学框架下研究了具有各向异性电阻率和环形流动的轴对称磁约束等离子体的平衡问题。定态由极向磁通量函数的椭圆微分方程、压强的伯努利方程以及平行于和垂直于磁场的电阻率分量的两个关系式确定。本文用本征函数和精确解研究了矩形截面托卡马克中磁表面上温度不变但密度变化的“可压缩”流和磁表面上温度不变但密度不变的不可压缩流的平衡特性。这些本征函数可以描述单个或多个环形配置。在前一种情况下的平衡具有以下特点：（i）的轮廓的电阻率的组件上的极向横截面上大致碰撞（ii）的电场垂直于磁表面具有两个局部极值内的等离子体和消失的边界上和（iii）的环形电流密度的峰值接近磁轴和消失的边界上。对于“可压缩”和不可压缩流，评估了流和纵横比对上述量的影响。
2005-06-16 physics.plasm-ph
NIMROD Modeling of Quiescent H-mode: Reconstruction Considerations and Saturation Mechanism
扩展磁流体NIMROD代码[C.R. Sovinec和J.R. King，J. Comput. Phys.229，5803（2010）]从DIII-D托卡马克上的静态H模式激发的重建来建模宽带MHD活动[J. L. J. Luxon，Nucl. Fusion 42，614（2002）]。重建的环形和极向离子流的计算表现出低n扰动（n=1-5）的增长和饱和到一个类似磁流体动力学状态。用于将重建状态投影到NIMROD基函数上的工作流程重新求解Grad-Shafranov方程并外推剖面以包括刮除层电流。评估的运输从类似的磁流体动力学状态导致放松的密度和温度分布。
2017-01-31 physics.plasm-ph
Exploration of Non-Resonant Divertor Features on the Compact Toroidal Hybrid
本研究利用Compact Toroidal Hybrid（CTH）装置通过扫描感应电流，结合模拟与热通量建模，揭示了非共振偏滤器（NRD）撞击线图案的韧性及其受底层混沌边缘结构影响的机制，为未来NRD机械结构设计提供了支持。
2023-08-24 physics.plasm-ph
Ideal MHD Ballooning modes, shear flow and the stable continuum
在环形等离子体中，有一个很好的传播模式理论。其基础是每个磁表面上的局部特征值λ-其也取决于气球状相位角k。在静止的等离子体中，λ（k）只需要接近它的最大值，但在旋转的等离子体中，它需要超过k的平均值。不幸的是，在许多情况下，λ（k）对于k的某个范围并不存在，因为那里的光谱只包含稳定的连续谱。这限制了理论的应用，并提出了一个重要的问题，即这个“稳定区间”是否会产生显著的阻尼。这个问题是重新审查使用一个新的，简化的模型-这导致的结论是，在小剪切流没有明显的阻尼。因此，特别是小的剪切流不应影响振荡模态稳定性边界。
2012-07-09 physics.plasm-ph
Evaluation of ideal MHD mode stability of CFETR baseline scenario
CFETR基线方案基于H模式平衡，具有高基座和高峰值边缘自举电流，以及安全系数曲线中的强反向剪切。使用NIMROD和AEGIS代码对CFETR基线方案的理想MHD模式的稳定性进行了评估。本文分析了理想导体壁不同位置的环模数（n=1-10），以估计理想壁对理想MHD模稳定性的影响，为CFETR的物理和工程设计提供参考。虽然在理想磁流体力学中，n=1-10的模是不稳定的，但所有模的结构都是边缘局域的。所有模式的增长率被发现是增加最初与壁位置之前，他们达到理想的壁饱和极限（无壁限制）。在我们的分析中，没有发现全球核心模式是占主导地位的不稳定。$q_{min}>2$的设计和$q$剖面中的强反向剪切有望阻止全局模式的激发。因此，如果ELMs能够得到控制，则该基线方案被认为适合于在理想MHD物理学的背景下支持长时间稳态放电。
2017-11-24 physics.plasm-ph
Stellarator optimization for nested magnetic surfaces at finite $β$ and toroidal current
良好的磁表面，相对于磁岛和混乱的场线，通常是仿星器所需要的。在以前的工作中，M。Landreman等人[Phys. of Plasmas 28，092505（2021）]表明，通过步进压力平衡代码（SPEC）[S. P. Hudson等人，等离子体19，112502（2012）]可以优化用于真空中的良好磁性表面。在本文中，我们建立在他们的工作，以显示第一个有限的$β$，固定和自由边界优化的SPEC平衡良好的磁性表面。目标函数由选取的有理曲面的Greene残数构造，优化过程由SIMSOPT框架驱动[M. Landreman等人，J. Open Source Software 6，3525（2021）]。我们表明，在一个经典的仿星器的几何形状，通过优化注入的环形电流分布，一个完美的导电壁周围的等离子体的形状（固定边界的情况下），或线圈（自由边界的情况下），在一个合理的计算时间量的磁岛的大小和随之而来的区域所占据的混乱的场线可以最小化。这项工作表明，SPEC可以用作两步或单步仿星器优化循环的平衡代码。
2021-11-30 physics.plasm-ph
Effects of reversed magnetic shear on the plasma rotation stabilization of resistive wall modes in tokamaks
本研究利用AEGIS代码探究反磁剪切对托卡马克电阻壁模旋转稳定的影响，发现反磁剪切会拓宽不稳定窗口、降低旋转稳定效果，提高完全抑制所需的旋转频率阈值，对先进托卡马克的旋转稳定提出更严苛要求。
2025-09-01 physics.plasm-ph
Effect of magnetic perturbations on the 3D MHD self-organization of shaped tokamak plasmas
在三维非线性磁流体动力学模型的框架下，讨论了磁扰动对托卡马克等离子体螺旋自组织的影响。用\textsc{pixie3d}程序[L. Chacón，Phys. Plasmas { \bf 15}，056103（2008）]显示，$n=1$ MP显著地影响这种等离子体的自发准周期锯齿活动。特别地，由$m/n=1/1$和$2/1$ MP诱导的振荡的减轻。这些数值结果提供了一个确认以前的圆形托卡马克模拟，并与托卡马克实验中的RFX-mod和DIII-D设备。在反向场箍缩模拟和实验中也观察到通过MP的锯齿缓解。文中还讨论了多金属片对边缘磁场随机化的影响。
2016-03-11 physics.plasm-ph
Steady plasma flows in a periodic non-symmetric domain
本研究将扰动方法扩展到带流动的MHD平衡，在非对称环形域中构造近平行流的稳态解，并推导广义Grad-Shafranov方程和Hamada条件，以抑制奇异电流。
2021-10-01 physics.plasm-ph
Frequency multiplication with toroidal mode number of kink/fishbone modes on a static HL-2A-like tokamak
在HL-2A装置上，当存在高能粒子时，经常观察到n = 1，2，3或更高的长寿命模（LLM）倍频，其中n为环模数。利用NIMROD程序对静态HL-2A托卡马克上高能粒子（EP）驱动的扭结/鱼骨模的混合动力学-MHD模型模拟发现，当背景等离子体气压较高，EP气压和束流能量较低时，模式频率随EP气压近似线性增加，且频率与n成正比（“频率倍增”），即使在没有任何平衡等离子体旋转的情况下。此外，当磁轴q 0处的安全系数变化时，频率倍增持续。在没有EP的情况下，1/1模的增长率最大;然而，随着EP压力的增加，2/2模或3/3模的增长率变得占主导地位，这表明高n模更容易受到EP的影响。这些结果有助于理解在具有弱或反向中心磁剪切的先进托卡马克装置中扭折/鱼骨模的环模数依赖性。
2022-08-21 physics.plasm-ph
MHD activity induced coherent mode excitation in the edge plasma region of ADITYA-U Tokamak
本文研究了 ADITYA-U 托卡马克边缘等离子体中由 MHD 活动诱导的相干密度和电势涨落，发现当 m/n=2/1 的 MHD 模式幅度超过 0.3-0.4% 阈值时，会激发具有不同模结构的相干模式，其潜在机制是环向磁场 1/R 依赖性导致的谐波耦合激发环状流高频分支。
2024-07-23 physics.plasm-ph
En route to realistic modeling of the kinetic-MHD interaction between macroscopic modes and fast particles induced by neutral beam injection in tokamaks
在动力学-磁流体动力学混合程序XTOR-K中实现了托卡马克中性束注入（NBI）产生快离子源的新模型。这个源，结合最近实施的碰撞，允许模拟现实的减速人口及其与宏观模式的相互作用。本文介绍了中性束注入和电离模型，旨在再现实验配置和验证的ASDEX升级托卡马克的一个典型放电。在ASDEX升级中NBI诱导的快粒子与扭结模式的相互作用的应用表明，通过粒子和n = 1模式之间的共振。这种共振部分地稳定了扭结模式，并诱导了快速粒子的径向传输。在ITER的圆形几何形状的初步结果表明，NBI引起的环形扭矩，但对扭结模式动力学的影响不大。
2020-02-06 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
