Theoretical research on low-frequency drift Alfvén waves in general Tokamak equilibria
Southwestern Institute of Physics（西南核物理与化学研究所）；Consorzio CREATE（CREATE联合体）
本文通过建立一般托卡马克平衡情况下的动力学模型，研究低频漂移阿尔芬波的特性，探讨离子轨道效应及不同极限条件下的理论结果。
2026-01-16 physics.plasm-ph
Resonant Excitation of Shear Alfvén Perturbations by Trapped Energetic Ions in a Tokamak
本文导出了离子回旋共振加热加速高能粒子对高n阿尔文模共振驱动的一个新的解析表达式。这种推导包括有限轨道效应，并且形式主义是完全非微扰的。高n极限被用来计算复杂的粒子响应积分沿轨道明确。这个新的理论被应用到向下扫描阿尔芬级联准模式完成这些模式的理论，并作出可检验的预测。这些预测被认为是一致的实验上进行的联合欧洲环[P。H。反驳和B. E. Keen，Fusion Technol.11，13（1987）]。
2009-11-04 physics.plasm-ph
Transition from fishbone mode to $β$-induced Alfvén eigenmode on HL-2A tokamak
在存在来自辅助加热和燃烧等离子体的高能粒子（EP）的情况下，鱼骨不稳定性和Alfvén模可以被激发，并且它们的跃迁可以在某些重叠区域发生。利用NIMROD程序中的混合动力学-磁流体动力学模型，我们在HL-2A装置的NBI加热等离子体中发现了鱼骨不稳定性和$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）之间的这种转变。当磁轴处的安全系数远小于1时，随着EP分数的增加，发生典型的扭结-鱼骨形转变。当$q_0$升高到接近1时，鱼骨模式被BAE取代，以获得足够量的EP。当$q_0$略高于1时，环形诱导的阿尔文本征模（TAE）在较低EP压力下占主导地位，而BAE在较高EP压力下占主导地位。
2021-03-18 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
Magnetic Confinement by Alfven Carpets
扭转阿尔芬波的“地毯”，共振激发在环形传导容器内的环，可以保持磁化等离子体内的环对固有的向外膨胀。这种用于聚变的环形磁约束可能比传统的托卡马克具有一些优势。这个想法也可以用来稳定托卡马克和其他能量受限的聚变装置中的交换和气球模式。
2007-11-06 physics.plasm-ph
Measurement of zero-frequency fluctuations generated by coupling between Alfven modes in the JET tokamak
本研究首次在JET托卡马克磁约束等离子体中实验观测到阿尔芬模泵浦产生的零频率涨落，证实其与阿尔芬模的三波耦合及带状模理论预测一致，可抑制湍流并整体提升等离子体约束性能。
2025-01-21 physics.plasm-ph
Linear kinetic effects of core plasma on low frequency Alfven and acoustic eigenmodes in tokamaks
在广义鱼骨型色散关系的框架下，研究了核芯等离子体对$ω< ω_{BAE}$激发低频模式的共振和非共振效应，如β诱导的Alfvén声学本征模（BAAE）和动力学共振模（KBM）.鱼骨状方程的形式主义包含了所有必要的成分来描述这些低频波动的特征，并解释实验结果。核心等离子体的性质（反磁频率和进动共振与被困离子）强烈影响的模式的激发，并在BAAE的情况下更有效地比高能粒子。核心等离子体的抗磁频率也有助于BAAE与KBM的耦合，从而影响两种模式的激发和极化。高能粒子仍然可以为一些低频模式提供非共振驱动。
2022-04-20 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
Nonlinear interplay of Alfven instabilities and energetic particles in tokamaks
高能粒子的约束是托卡马克等离子体有效加热的关键。等离子体不稳定性，如阿尔芬本征模（AE）可以重新分布的EP人口，使等离子体加热效率较低，并导致额外的负载上的墙壁。利用NEMORB项目中的全球回旋动力学粒子胞内程序ORB 5研究了环形诱导声发射（TAE）的非线性动力学。研究了由于波粒非线性引起的TAE和EP的非微扰非线性相互作用。特别是，我们专注于TAE的频率，增长率和径向结构的非线性修改，取决于EP分布在相空间中的演变。对于ITPA基准情况，我们发现当增长率减小时，频率增加，并且模式径向收缩。这种非线性演化被发现是正确地再现通过准线性模型，即一个模型，其中的非线性修改的EP分布函数的线性效应被保留。
2016-10-06 physics.plasm-ph
On Nonlinear Scattering of Drift Wave by Toroidal Alfven Eigenmode in Tokamak Plasmas
本文以电子漂移波为范例，解析研究了托卡马克等离子体中其与环向阿尔芬本征模的直接波-波相互作用，发现TAE非线性散射对eDW稳定性的净效应可忽略，与反向过程存在显著差异。
2023-06-27 physics.plasm-ph
Theory and Simulations of Compressional and Global Alfven Eigenmode Stability in Spherical Tokamaks
中子束驱动的亚回旋压缩（CAE）和全局（GAE）\Alfven本征模在NSTX（-U）和MAST等球形托卡马克中经常被激发，在常规纵横比托卡马克DIII-D上也观察到，在ITER燃烧等离子体中可能不稳定。他们的存在已被实验联系到异常平坦的电子温度分布在高束流功率在NSTX，潜在地限制聚变性能。因此，详细了解CAE/GAE激发对于预测（并最终控制）它们对等离子体约束的影响至关重要。为此，混合动力学MHD模拟的补充与分析研究的线性稳定性的CAE和GAE。微扰，局部解析理论已被用来获得新的不稳定性条件的CAEs/GAE驱动的现实中性束分布。一套全面的模拟NSTX类等离子体已经进行了广泛的束流参数，提供了丰富的信息，在球形托卡马克的CAE和GAE稳定性。线性模拟表明，激发的CAEs与GAE有一个复杂的依赖于快速离子注入速度和几何形状，定性描述的解析理论在本论文中发展。在模拟中发现了GAE的强高能粒子修饰，表明存在一种新型的高频高能粒子模式。理论的稳定性界限，模拟结果和实验测量之间的交叉验证显示出有利的协议不稳定的CAE和GAE光谱的依赖于快离子参数。分析结果准确地解释了最近的实验发现GAE稳定与少量的离轴光束注入NSTX-U，并建议在未来的实验中控制这些不稳定性的新技术。
2020-05-22 physics.plasm-ph
The development of an implicit full f method for electromagnetic particle simulations of Alfvén waves and energetic particle physics
本文发展了一种基于粒子-单元/傅里叶电磁场的隐式方法，并将其应用于一维和三维托卡马克等离子体中Alfvén波的研究。一个分析处理，以实现有效的收敛性的隐式场粒子系统的迭代解。首先，它的应用程序的一维均匀等离子体证明了它的适用性在广泛的$β/m_e$值。其次，采用国际托卡马克物理活动（ITPA）高能粒子（EP）专题组定义的广泛研究的情况，在三维轴对称托卡马克等离子体中模拟了环度诱导的阿尔文本征模（TAE）。实际频率和增长（或阻尼）率的TAE与（或不）EP同意与以前的结果相当不错。在这项工作中建立的全f电磁粒子计划提供了一个可能的自然选择EP输运的研究，大的轮廓变化和任意的粒子分布函数需要在动力学模拟处理。
2021-02-02 physics.plasm-ph
Resonance frequency broadening of wave-particle interaction in tokamaks due to Alfvénic eigenmode
我们使用指导中心代码ORBIT来研究共振的加宽以及共振频率加宽宽度$ΔΩ$对波-粒子相互作用的非线性粒子捕获频率$ω_b$的参数依赖性，具体示例使用现实平衡DIII-D shot 159243（Collins等人，2016 Phys. Rev. Lett. 116 095001）。当模式振幅较小时，共振附近的高能粒子动力学的钟摆近似被发现是适用的，并且共振频率宽度与深陷反弹频率之比$ΔΩ/ω_b$等于4，正如理论预测的那样。第一次在实际不稳定条件下证明了这一系数4。结果表明，随着模振幅的增大，非线性摆近似的波粒相互作用被打破，系数$a=ΔΩ/ω_b$逐渐减小。
2017-11-17 physics.plasm-ph
Core localized alpha-channeling via low frequency Alfven mode generation in reversed shear scenarios
提出了一种新的托卡马克堆芯等离子体燃料离子加热通道，并用非线性回旋动力学理论进行了分析。该通道是通过反向剪切阿尔芬本征模（RSAE）自发衰减为低频阿尔芬模式（LFAM），然后通过无碰撞离子朗道阻尼加热燃料离子。研究了RSAE自发衰变的条件，导出了RSAE的饱和能级和由此产生的燃料离子加热率。该通道预计将是至关重要的未来反应堆下运行的反向剪切配置，其中融合α粒子产生的托卡马克核心的磁剪切通常是反向的，并有一个密集的RSAE频谱由于小α粒子的特征无量纲轨道。
2022-04-13 physics.plasm-ph
Hybrid simulations of sub-cyclotron compressional and global Alfvén Eigenmode stability in spherical tokamaks
为了研究束流驱动的亚回旋频率压缩（CAE）和全局（GAE）Alfvén本征模在宽束流参数范围内的稳定性，进行了一项全面的数值研究。在NSTX实验中，CAE和GAE的存在与高光束功率下的异常电子温度分布平坦化有关，这促使进一步研究其激发条件。线性模拟进行混合MHD动力学的初始值代码HYM，以捕捉一般多普勒频移回旋共振驱动的模式。在模拟中发现三种不同类型的模式-co-CAE，cntr-GAE和co-GAE-具有不同的光谱和稳定性。模拟结果表明，不稳定的GAE比不稳定的CAE更普遍存在，与实验观察一致，因为它们在较低的光束能量下被激发，并且通常具有较大的增长率。局部解析理论被用来解释模拟结果的关键特征，包括基于束注入几何形状的不同模式的优先激发和对束注入速度、临界速度和速度空间各向异性程度的增长率依赖。背景阻尼率是从模拟中推断出来的，并对模拟模型中不存在的相关源进行分析估计，这表明协同CAE比回旋共振驱动的模式更接近边缘稳定性。
2021-03-21 physics.plasm-ph
Core localized alpha-channeling via low frequency Alfven mode generation in reversed shear scenarios
本文提出一种托卡马克芯部燃料离子加热新机制，即反剪切阿尔芬本征模自发衰变为低频阿尔芬模并通过朗道阻尼加热离子，推导了相关条件与加热率，对未来反剪切聚变堆具有重要意义。
2023-07-10 physics.plasm-ph
Minimum-q induced alternation between infernal modes and EP-driven modes in advanced tokamak configurations
College of Sciences, Tianjin University of Science and Technology（天津科技大学理学院）
该研究针对含高能粒子的先进托卡马克构型，发现最小安全因子q_min变化会使主导不稳定性在反向剪切阿尔文本征模、高能粒子模与恶魔模间交替，且高能粒子beta分数会影响各模式稳定性，揭示了相关粒子驱动机制。
2026-08-18 physics.plasm-ph
Analysis of the nonlinear dynamics of a chirping-frequency Alfvén mode in a Tokamak equilibrium
本研究针对燃烧托卡马克中具有潜在危害的扫频阿尔文模，通过含磁矩和初始粒子坐标两个运动常数的粒子模拟，分析单环模数扫频模的非线性演化，揭示了频率扫频通过共振区向内漂移延迟驱动耗尽的机制。
2021-12-06 physics.plasm-ph
Shear Alfven wave continuous spectrum within magnetic islands
本文计算了磁岛分界线内剪切阿尔芬波连续谱的径向结构。几何效应由于磁通表面的截面的非圆性被保留到所有的订单。另一方面，我们只保留曲率效应对连续谱的低频部分中的β诱导能隙负责。模式与不同的螺旋度的磁岛被认为是。主要结果是，磁岛内部存在与托卡马克等离子体非常相似的连续谱，可以定义广义安全因子q，并形成宽的频率间隙，类似于托卡马克中椭圆度引起的Alfven本征模间隙。该间隙的存在是由于岛截面的强偏心率。这种差距的存在的重要性是公认的潜在托管磁岛诱导阿尔芬本征模（MiAE）。由于剪切阿尔芬波连续体的磁岛大小的频率依赖性，利用MiAE频率定标作为一种新的磁岛诊断的可能性进行了讨论。
2010-09-23 physics.plasm-ph
Fast particle-driven ion cyclotron emission (ICE) in tokamak plasmas and the case for an ICE diagnostic in ITER
离子回旋频率范围内的快粒子驱动波（离子回旋辐射或ICE）为许多托卡马克装置中的受限和逃逸快离子提供了有价值的诊断。这是一种被动的、非侵入性的诊断方法，与ITER中氘氚等离子体的高辐射环境兼容，可以提供有关该设备中聚变α粒子和束离子的重要信息。在JET中，来自受限聚变产物的ICE与聚变反应速率的比例线性超过6个数量级，并提供了α粒子约束接近经典的证据。在TFTR中，从等离子体边缘的超Alfvénic α粒子中观察到ICE。DIII-D中的束驱动ICE的强度与鱼骨激发期间的中子速率下降的相关性比来自更直接的束离子损失诊断的信号更强。在ASDEX Upgrade中，ICE由超Alfvénic DD聚变产物和亚Alfvénic氘束离子产生。
2014-12-12 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
Onset of nonlinear structures due to eigenmode destabilization in tokamak plasmas
提出了一种通用的方法来区分能量粒子驱动的不稳定性产生频率啁啾或固定频率振荡的可能性。该方法采用数值计算的本征结构和多个共振表面的一个给定的模式中存在的高能离子阻力和随机性（由于碰撞和微湍流）。环形诱导，反向剪切和β诱导阿尔芬声学本征模作为例子。在实验中测得的波的特点和兼容性之间发现建议的标准预测和实验观察或缺乏观察的啁啾行为的Alfvenic模式在不同的托卡马克。研究发现，在许多等离子体实验中，微湍流引起的随机扩散是共振附近高能粒子失谐的主要机制，其强度是决定啁啾解是否产生的关键.所提出的标准构成了一个有用的预测工具，在评估是否在聚变装置中的快速离子损失的运输的性质将占主导地位的对流或扩散过程。
2017-02-14 physics.plasm-ph
An extended hybrid magnetohydrodynamics gyrokinetic model for numerical simulation of shear Alfvén waves in burning plasmas
采用广义鱼骨色散关系的理论框架，扩展的混合磁流体动力学陀螺动力学模拟模型已被推导出解析考虑热离子的可压缩性和抗磁效应，除了高能粒子的动力学行为。扩展模型已被用于实现扩展版本的混合磁流体动力学回旋动力学代码（XHMGC），以研究热离子动力学效应的高能粒子驱动的Alfvénic模式，如动力学β诱导的Alfvén本征模在托卡马克聚变等离子体。
2010-12-24 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
Results from the Alfvén Eigenmode Active Diagnostic during the 2019-2020 JET deuterium campaign
本文介绍了在2019-2020年氘活动期间JET托卡马克中Alfvén本征模主动诊断（AEAD）操作期间观察到的模式激发的广泛分析结果。八个环形间隔天线，每个独立的功率和相位，六个成功地在479等离子体中积极激发稳定的MHD模式。总共有4768个磁共振被多达14个快速磁探针检测到。在这项工作中，我们提出了计算的谐振频率$f_0$，阻尼率$γ< 0$，和环形模式数$n$，跨越参数范围$f_0 \approx$ 30 - 250 kHz，$-γ\approx$ 0 - 13 kHz，和$\vert n \vert \leq 30$。一般而言，共振频率与计算的环形Alfvén本征模频率之间以及AEAD应用的环形模数与激发共振的估计值之间存在良好的一致性。我们注意到数据库中的几个趋势：共振检测的概率随着等离子体电流和外部加热功率而降低;归一化阻尼率随着边缘安全因子而增加，但随着外部加热而降低。这些结果为准备未来的实验活动提供了关键信息，并在即将到来的DT活动期间更好地了解α粒子存在下Alfvén本征模的激发和阻尼物理，从而有信心地推断未来的托卡马克。
2020-07-18 physics.plasm-ph
Large-mode-number magnetohydrodynamic instability driven by sheared flows in a tokamak plasma with reversed central shear
本文分析了在具有反向中心剪切的位形中，托卡马克安全因子剖面最小q_min附近的亚阿尔文剪切流层的影响。足够强的速度剪切产生了一个快速增长的Kelvin-Helmholtz（KH）类理想磁流体动力学（MHD）模式与主导模式数m，n ~ 10的广谱。有限电阻率的非线性模拟表明，磁重联附近的波纹所造成的KH样涡，湍流结构的形成，和一个扁平的流动剖面。KH模式相比，双撕裂模式（DTM）占主导地位，在较低的剪切速率。讨论了这些结果在具有内输运势垒的托卡马克装置中的可能应用。
2007-01-12 physics.plasm-ph
High frequency mode generation by toroidal Alfven eigenmodes
用非线性回旋动力学理论分析了HL-2A装置上观测到的环形Alfven本征模（TAE）产生高频模的非线性过程。研究发现，当两个主TAE共传时，HFM可以由$|nq-m|=1$扰动主导，且理想磁流体动力学占主导地位;当两个主TAE反向传播时，HFM可以由$nq-m=0$静电扰动表征.这里，$n$和$m$分别是环向和极向模式数，$q$是安全系数。该非线性过程对器件的平衡磁几何形状敏感。
2019-05-17 physics.plasm-ph
Observation of Toroidal Alfven Eigenmodes during Minor Disruptions in Ohmic Plasmas
在SUNIST球形托卡马克装置上首次发现了在无辅助加热的纯欧姆加热等离子体中激发的环形Alfven本征模。TAE模式在轻微破坏期间观察到，频率范围为150-500 kHz。模式结构分析表明存在m/n=-3/-1和-4/-1谐波，在实验室参考系中沿电子抗磁方向传播。这些TAE出现的同时，在电流猝灭阶段的逃逸电子的产生，伴随着轻微的破坏过程中的密度扫描。这些TAE的可能的驱动机制和潜在的应用进行了讨论。
2016-12-13 physics.plasm-ph
Study of Low-Frequency Core-Edge Coupling in a Tokamak: II. Spatial Channeling & Focusing In Antenna-Driven MHD
National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), Rokkasho Institute for Fusion Energy（量子科学和技术研究院（QST），六所聚变能研究所）；QST, Naka Institute for Fusion Science and Technology（量子科学和技术研究院（QST），那波聚变科学与技术研究所）；Department of Nuclear and Quantum Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院（KAIST）核与量子工程系）；Center for Nonlinear Plasma Science and C.R. ENEA Frascati（非线性等离子体科学与ENEA弗拉斯卡蒂研究中心）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所（INFN），罗马分部）
研究托卡马克等离子体在粘性电阻全MHD模拟模型中的非局部响应，通过内部天线驱动低频阿尔法波，发现边缘驱动可有效激发核心响应，无需核心局部驱动。
2026-04-16 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
Linear gyrokinetic investigation of the geodesic acoustic modes in realistic tokamak configurations
利用回旋动力学粒子模拟程序ORB 5研究了测地声学模式。在低电子β极限下进行了线性电磁模拟，以分离声学和Alfvénic时间尺度并获得更准确的测量。研究了频率和阻尼率与安全因子、GAM径向波数和等离子体伸长等参数的关系。所有的模拟都是用具有真实电子/离子质量比的动力学电子进行的。根据陀螺动力学仿真结果，推导了GAM频率和阻尼率的插值公式。利用这些表达式，温度梯度对阻尼率的影响进行了研究。最后，将所得结果应用于ASDEX Upgrade托卡马克的实际放电研究。
2017-09-06 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
Analytic stability boundaries for compressional and global Alfvén eigenmodes driven by fast ions. II. Interaction via Landau resonance
净快离子驱动的条件来自束驱动，共同传播，亚回旋压缩（CAE）和全球（GAE）阿尔文本征模式驱动的朗道共振与超阿尔文快离子。近似适用于现实的中性束流分布和模式的特点，在球形托卡马克中观察到的，使这些模式的边际稳定性条件的推导。这样的条件成功地再现了从局部快速离子驱动/阻尼的精确表达式的数值积分中找到的稳定性边界。由于有限的$ω/ω_{ci}$和$k_\parallel/k_\perp$的色散CAE和GAE分支之间的耦合被保留，并发现是负责通过这种共振的GAE不稳定性的存在。令人鼓舞的协议之间的近似稳定性准则，模拟结果，和合作CAE的NSTX观测数据库。
2019-09-12 physics.plasm-ph
Full-Wave Feasibility Study of Anti-Radar Diagnostic of Magnetic Field Based on O-X Mode Conversion and Oblique Reflectometry Imaging
提出了一种新的毫米波诊断方法，用于测量托卡马克基座区域局部磁场和边缘电流随小半径的变化。这个想法是为了确定在O模式截止层的最小反射率的方向。相应地，由O-X模式转换引起的透射率最大。这个方向，以及它周围的反射率的角度图，包含了截止层的磁场矢量B的信息。用不同的波频率探测等离子体，得到了B的径向分布。全波有限元模拟在这里提出的二维平板几何。建模证实存在最小的反射率，取决于在截止的磁场，从模式转换物理预期，给予信心的诊断的可行性。与需要等离子体发射电子伯恩斯坦波的相关辐射测量技术相比，所提出的反射测量方法预计将产生优异的信噪比，并访问更宽范围的密度和磁场。由于计算限制，在该初始研究中考虑了10-20 GHz的频率。高于边缘电子-回旋频率的频率（这里f>28 GHz）对于实验来说是优选的，因为上混合共振和右截止将位于等离子体中，并且将有助于将感兴趣的O模式与寄生X波分离。
2016-06-14 physics.plasm-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 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
Unified theory of the semi-collisional tearing mode and internal kink mode in a hot tokamak: implications for sawtooth modelling
在JET等大型热托卡马克中，电阻模重连层的宽度由半碰撞电子动力学决定，远小于离子拉莫尔半径。首先，在此制度下有效的色散关系推导出提供了一个统一的描述漂移撕裂模式，动力学阿尔芬波和内部扭结模式在低β。撕裂模稳定性研究分析恢复稳定的离子轨道效应，以前得到的Cowley等。[物理流体（29）3230 1986]，这意味着大值的撕裂模稳定性参数“德尔塔素数”需要不稳定性。其次，在高β，它示出的撕裂模式与动力学阿尔芬波相互作用，并有一个绝对的稳定所有的“三角洲素数”由于屏蔽效应的电子温度梯度，延长德雷克等人的结果。等[物理流体（26）2509 1983]到大离子轨道。这两个极限之间的过渡在有限的β值的性质，然后阐明。低β形式主义也与m=n=1撕裂模和耗散内扭结模有关，因此将Pegoraro等人的工作[Phys.Fluids B（1）364 1989]扩展到包含温度扰动的更现实的电子模型，但随后利用耗散内扭结模频率的小性来获得在任意β下有效的新色散关系。给出了撕裂模和耗散内扭结模在“Delta素数”和β空间中的稳定性图。图中可以绘制出一段时间内电流分布演变的轨迹，为触发一次碰撞提供了一个模型。
2012-01-18 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
Nitrogen-induced ELM suppression and confinement improvement in the EAST tokamak with a full metal wall
School of the Gifted Young, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学少年班）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院等离子体物理研究所）；School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学核科学与技术学院）；Southwestern Institute of Physics（西南物理研究所）
本文报道了在EAST全金属壁托卡马克中，通过注入氮气实现无ELM的H模运行，同时显著提高能量约束，并识别出台座脚处的耗散捕获电子模（DTEM）作为关键机制。
2026-05-27 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
Isotope effects and Alfven eigenmode stability in JET H, D, T, DT, and He plasmas
该研究利用 JET 托卡马克的主动诊断数据，构建涵盖 H、D、T、DT 和 He 的 AE 稳定性数据库，发现阻尼随氢质量增加而降低、随氦增加而升高，表明辐射阻尼主导，并验证了主动 MHD 谱学推断有效离子质量的可行性。
2024-05-28 physics.plasm-ph
Dynamics of reversed shear Alfvén eigenmode and energetic particles during current ramp-up
利用混合MHD-回旋动力学程序模拟研究了常规托卡马克装置中等离子体电流上升过程中高能粒子强驱动的扫频反向剪切Alfvén本征模（RSAE）的动力学行为。考虑了一系列代表长时间尺度MHD平衡演化的时间片的弱反向剪切平衡，详细分析了短时间尺度上的自洽RSAE-EP共振相互作用。线性和非线性RSAE动态被证明是受非微扰效应的EP通过最大化波EP功率传输。在线性阶段，EP诱导出明显的模式结构和频移;同时，由于弱的磁剪切，RSAE通过与共振EP的径向解耦达到饱和，并引起全局EP对流输运和非绝热频率啁啾。相空间波-EP相互作用的时空尺度由相互作用的垂直波长和波粒俘获时间表征。模拟提供的见解一般以及具体功能的RSAE光谱和EP运输从实验观察，并说明了基本的物理波EP共振相互作用与磁几何形状，等离子体的非均匀性和非微扰EP的相互作用。
2020-06-25 physics.plasm-ph
Simultaneous measurements of unstable and stable Alfvén Eigenmodes in JET
本文报道了在JET托卡马克等离子体中同时测量到的不稳定和稳定的环形诱导阿尔文本征模（TAE）的新实验观察。采用三离子加热方案（D-DNBI-3 He）将氘核加速到MeV能量，从而使环形模数n = 3-5的TAE不稳定，每个模振幅减小。同时，Alfvén本征模有源诊断共振激发稳定的n = 6 TAE，总归一化阻尼率为$-γ/ω_0 \approx$ 1%-4%。混合动力学MHD建模与代码NOVA-K和MEGA都发现本征模式具有相似的频率，模式结构，和径向位置的实验。NOVA-K与n = 3、4和6 TAE表现出良好的一致性，在不确定性范围内匹配n = 6模式的阻尼率，并将辐射阻尼确定为主要贡献。改进的协议被发现与MEGA的所有模式：不稳定的n = 3-5和稳定的n = 2，6模式，与后两个稳定的较高的固有阻尼和较低的快速离子驱动，分别。虽然仍有一些差异有待解决，但这种独特的验证工作使我们对未来融合器械的TAE稳定性预测充满信心。
2022-08-09 physics.plasm-ph
Measurements and modelling of fast-ion redistribution due to MHD instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
本文报道了各种MHD模式对MAST等离子体中NBI产生的快离子数的影响的综合研究结果。快离子再分布由于低频（20 - 50 kHz）啁啾高能粒子模式称为鱼骨，以及长寿命的内部扭结模式，观察与快离子氘α（FIDA）光谱仪和径向扫描准直中子相机。此外，强驱动的啁啾环形诱导阿尔芬本征模观察到快离子重新分配，锯齿和大的边缘局部模式。在每一种情况下，模式影响快离子的本征模结构和主环模数所管辖的区域的真实空间。建模使用全球运输分析代码TRANSP，与特设的异常扩散介绍，再现的粗功能的受影响的快离子分布在存在的能量粒子驱动的模式，但光谱和空间分辨FIDA测量表明，分布表现出结构上的一个更精细的规模比占这个模型。
2014-01-27 physics.plasm-ph
Analytic stability boundaries for compressional and global Alfvén eigenmodes driven by fast ions. I. Interaction via ordinary and anomalous cyclotron resonances
净快离子驱动的条件，得出了束驱动，亚回旋压缩（CAE）和全球（GAE）阿尔文本征模，如那些经常观察到的球形托卡马克，如NSTX（-U）和MAST。共同和反传播的CAE和GAE的调查，普通和异常多普勒频移回旋共振与快离子驱动。而以前的结果被限制在速度空间中的消失窄分布，广泛的参数制度确定在这项工作中，使现实的快速离子中性束注入产生的分布的分析处理。在这些制度中的简单，近似的条件，为现实的宽度的束分布比较以及快速离子驱动器的完整的解析表达式的数值评估。此外，以前的结果在非常窄的梁的情况下进行了校正和推广，以保留所有条款$ω/ω_{ci}$和$k_\parallel/k_\perp$，这往往被假定为小参数，但可以显着修改的条件下，他们是不可忽略的驱动器和阻尼。良好的协议之间的近似稳定性准则，模拟结果，和一个大型数据库的NSTX观测cntr-GAE。
2019-09-12 physics.plasm-ph
Comparison between measured and predicted turbulence frequency spectra in ITG and TEM regimes
在托卡马克堆芯反射计测量中观察到的不同峰值-称为准相干模（QCM）-被识别为捕获电子模（TEM）湍流的特征[H。Arnichand等人，2016年，血浆物理控制。Fusion 58 014037]。详细的线性和非线性陀螺动力学模拟使用\gene代码，这种现象进行了研究。研究了Tore-Supra密度扫描，其穿过线性（NST）到饱和（SOC）欧姆限制转变。分别模拟了SOC和SOC阶段。在观测到QCM的第二阶段，TEM在线性研究中被稳健地预测为不稳定的。在SOC阶段后期，不再观察到QCM，ITG模式被识别。在非线性模拟中，在ITG（SOC）阶段，可以看到宽带谱。在TEM（TEM）相中，观察到在TEM频率处的峰的明显出现。这是由于与ITG制度相比，TEM制度中的基本线性模式的非线性频率加宽减少。非线性模拟频谱的合成诊断再现了反射测量中观察到的特征。这些结果支持了核QCM作为TEM湍流实验标记的识别
2017-07-12 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
Machine learning characterisation of Alfvénic and sub-Alfvénic chirping and correlation with fast ion loss at NSTX
托卡马克中Alfvénic和亚Alfvénic频段的突然大事件通常与快离子损失增加相关。在这里，机器学习用于加快从通常由人类识别的相应频谱图中表征磁扰动行为的费力过程。分析允许不同的模式特性（如静态，固定频率，啁啾，雪崩）和等离子体参数之间的比较，从TRANSP代码，如中性束注入（NBI）速度和阿尔文速度（$v_{\textrm{inj.}}/v_{\textrm{A}}$），$q$ -配置文件，和中性束β和总的等离子体β（$β_{\textrm{beam},i}/β$）的比率。与Fredrickson等人的先前工作一致。[Nucl. Fusion 2014，54 093007]，我们发现$β_{\textrm{beam},i}$和模式特征之间存在相关性。此外，以前未知的相关性之间的时刻的频谱和模式字符。沿边界$v_φ \lessapprox \frac{1}{4}(v_{\textrm{inj.}} - 3v_{\textrm{A}})$观察到50 - 200 kHz频带内磁波动从静态到非静态行为的特征转变，其中$v_φ$是旋转速度。
2020-01-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Analysis of fast ion induced instabilities in tokamak plasmas
在托卡马克等磁约束聚变装置中，约束聚变产生的高能氦核（$α$ -粒子）以维持等离子体的能量平衡是至关重要的。然而，高能离子可以激发各种不稳定性，这可以导致它们增强的径向输运。因此，这些不稳定性可能降低加热效率，并且它们还可能在设备的面向等离子体的部件上引起有害的功率负载。因此，了解这些模式是未来燃烧等离子体实验的关键问题。高能粒子驱动不稳定性的主要问题之一是模式结构的非线性演化。在这篇论文中，我介绍了我在ASDEX Upgrade托卡马克装置中观察到的离轴NBI加热等离子体斜升阶段中的$β$诱导的Alfvén本征模（BAE）和EP驱动的测地声学模（EGAM）的研究结果。这些模式在软X射线相机的几个视线（LOS）上都很明显，这使得分析它们的空间结构的时间演化成为可能。为了研究径向结构，必须在不同的损耗上确定模式振幅。提出了一种先进的振幅重建方法，该方法可以处理模式频率快速变化和低信噪比的情况。该方法基于短时傅立叶变换，而短时傅立叶变换是研究瞬态类波现象随时间演化的理想方法，在本文中得到了广泛的应用。径向结构分析表明，在观察到的向下啁啾BAE的情况下，径向本征函数的变化小于测量的不确定性，而在快速向上啁啾EGAM的情况下，分析显示模式结构的收缩。这些实验结果与相应的理论相一致。
2015-06-16 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
Ion temperature gradient mode mitigation by energetic particles, mediated by forced-driven zonal flows
本研究采用全局电磁和静电回旋动理学方法，基于JET托卡马克92416放电平衡态，发现高能粒子激发Alfvén模式所强迫驱动的环向流能显著降低ITG不稳定性增长率，是湍流缓解的重要间接机制。
2024-01-09 physics.plasm-ph
Magneto-HydroDynamic activity and Energetic Particles - Application to Beta Alfven Eigenmodes
磁聚变研究的目标是提取聚变反应释放的能量，并由这些反应的产物携带，以几兆电子伏的能量释放。聚变能生产的可行性依赖于我们限制这些高能粒子的能力，同时保持热核等离子体在安全的操作条件下。为此目的，有必要了解并找到控制高能粒子与热核等离子体之间相互作用的方法。达到这两个目标是在博士期间进行的工作的一般动机。更具体地说，我们的重点是一种类型的不稳定性，β Alfven本征模（BAE），它可以由高能粒子驱动，并对高能粒子和热粒子的约束产生影响。在这项工作中，我们研究了BAE的特性分析，并推导出其色散关系和结构。接下来，我们分析了在高能粒子的存在下的模式的线性稳定性。首先，一个纯粹的线性描述，这使得有可能得到一个分析的线性判据BAE不稳定的高能粒子的存在。这一标准进行了比较，在博士学位期间的托雷-上托卡马克实验。其次，由于线性分析揭示了BAE稳定性的一些特征，这些特征受到强烈的非线性修改，因此提出了该模式的亚临界活动的可能性的问题。我们提出了一个简单的方案，使亚稳定模式的存在，验证分析和数值。这样的情况下被发现是相关的物理和规模表征BAE。
2009-12-14 physics.plasm-ph
Persistence of Deuterium and Tritium Nuclear Spin-Polarization in Presence of High-Frequency Plasma Waves
本研究通过第一性原理数值模拟及全轨道粒子追踪与专用去极化求解器，证明等离子体波在SPARC和ITER规模装置中对氘氚自旋极化的去极化作用很弱。
2025-09-29 physics.plasm-ph
Tokamak edge-SOL turbulence in H-mode conditions simulated with a global, electromagnetic, transcollisional drift-fluid model
本研究利用GRILLIX代码的跨碰撞电磁全局漂移流体模型，首次模拟ITER基准H模下ASDEX Upgrade托卡马克边缘-刮削层湍流，验证与实验吻合性，分析湍流结构等，为聚变堆预测模拟铺路。
2024-09-17 physics.plasm-ph
