Ion cyclotron emission from fusion-born ions in large tokamak plasmas: a brief review from JET and TFTR to ITER
离子回旋辐射（ICE）是第一个集体辐射不稳定性，由约束聚变产生的离子驱动，从氘氚等离子体中观察到的JET和TFTR。ICE包括强烈的超热辐射，其在托卡马克等离子体的外中平面边缘处评估的多个离子回旋谐波频率处具有谱峰。ICE谱峰的测量强度与JET中测量的聚变反应性成线性比例。在其他大型托克马克等离子体中，ICE目前被用作快离子物理的指示器。ICE的激发机制是磁声回旋不稳定性（MCI）;在JET和TFTR的情况下，MCI是由一组中心出生的聚变产物驱动的，位于速度空间中的捕获通过边界内，其漂移轨道向外中平面边缘进行大的径向偏移。因此，在未来的实验中ICE的诊断开发部分依赖于对MCI的深入了解，并且计算等离子体物理的最新进展已经导致了大量的最新进展，在这里进行综述。
2014-10-22 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations of the influence of electron cyclotron current drive on tearing mode instabilities in tokamaks
用回旋动力学方法模拟了HL-2A和DIII-D装置中电子回旋电流驱动和离子动力学效应对m/n=2/1撕裂模（TM）不稳定性的影响。用有限质量电子模型计算了TM的演化，用射线追迹和Fokker-Planck方法得到了射频电流源。在HL-2A装置中，连续的1 MW 68 GHz X ~ 2模可以很好地稳定TM，而在DIII-D装置中，由于输入功率不足，1 MW 110 GHz X ~ 2模只能部分稳定不稳定性（CR= I_{rf} / I_{0}，其中Irf为波驱动电流，I 0为平衡等离子体电流）。结果还表明，螺旋电流驱动比连续ECCD更有效。GTC模拟的分析表明，无论是在HL-2A和DIII-D，离子的存在可以减少岛的宽度以及生长速率。此外，热离子对TM的动力学效应被发现是更明显的离子温度越高。
2018-07-10 physics.plasm-ph
Early evolution of electron cyclotron driven current during suppression of tearing modes in a circular tokamak
当电子回旋加速器（EC）驱动电流首先被施加到磁岛的内部时，电流遍及磁岛，并且在短时间之后达到稳定水平。使用两个方程的流体模型的EC电流，使我们能够详细研究这种早期的演变，我们分析了高分辨率模拟的2/1经典撕裂模式在低β大纵横比圆形托卡马克。这些模拟使用非线性三维简化MHD流体模型和JOREK代码。在EC驱动电流增长并遍布磁岛的初始时段期间，它不是磁通量的函数。然而，一旦它达到稳态，它应该是一个通量函数。我们证明了数值，如果充分解决环形，稳态EC驱动电流成为近似通量函数。我们讨论的物理EC演化的早期阶段和它的磁岛的大小的影响。
2016-09-28 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
Modeling non-stationary, non-axisymmetric heat patterns in DIII-D tokamak
在托卡马克放电中，非轴对称稳态磁场扰动导致偏滤器磁鞍附近形成同宿纠缠。这些缠结与静态螺旋结构中的偏滤器板相交，静态螺旋结构界定了到达等离子体柱并通过平行传输将带电粒子引导到撞击表面的开放磁场线所到达的区域。在这篇文章中，我们引入了一个非轴对称的旋转磁场微扰模型的三维磁场的时间发展的单零DIII-D托卡马克放电发展的旋转撕裂模式。通过自适应方法计算了非对称磁鞍的稳定流形和不稳定流形，给出了在给定极向平面上的流形割集和打击面。对于模拟的射击，实验的热图案和它的时间发展很好地描述了旋转不稳定的流形，表明出现同宿波瓣在一个旋转的框架，由于等离子体的不稳定性。在模型中，假设磁场是由一个静止的轴对称等离子体电流和一组旋转的内部螺旋状的寄生电流产生的。灯丝中的电流被调整以匹配中平面处的磁探针的波形，并且旋转磁场被引入作为对从格拉德-沙夫拉诺夫平衡重构代码获得的轴对称场的扰动。
2016-08-31 physics.plasm-ph
Feasibility of a Flexible, Hybrid Tokamak-Stellarator Experiment using an Axisymmetric Dipole Coil Array
Columbia University（哥伦比亚大学）
提出基于轴对称高温超导偶极线圈阵列的大学规模混合托卡马克-仿星器设计，通过单阶段优化线圈电流获得多种平衡位形，在工程限制下实现宽范围等离子体形态与性能权衡。
2026-10-27 physics.plasm-ph
Axisymmetric Plasma Equilibria with Toroidal and Poloidal Velocity Fields: Tokamak Relevant Configurations
我们分析了一个轴对称平衡的等离子体赋予环向和极向的速度场，其目的是表征的整体运动的形态上的磁约束的影响。我们构造我们的配置假设的极向速度场是对齐的极向磁场线，此外，我们要求等离子体质量密度依赖于磁通量函数（或等效地，等离子体流体是不可压缩的）。然后，我们推导出一种梯度Shafranov方程，这样的平衡，并将其实施到托卡马克相关的情况下，特别是参考TCV的配置文件。本研究的主要结果涉及的出现，在配置相关的双零配置文件，一个封闭的表面的零压力incorporating两个X点的磁配置。这种情况表明，可能存在一个新的制度的等离子体平衡，相应的改善等离子体约束附近的X点和随之而来的减少功率转移到托卡马克偏滤器。
2021-07-30 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
Investigation of the effectiveness of non-inductive `multi-harmonic' electron cyclotron current drive through modeling multi-pass absorptions in the EXL-50 spherical tokamak
在高电流驱动效率的背景下，多个电子回旋共振（ECR）谐波的有效性已被彻底研究，通常在由电子回旋（EC）波供电的低纵横比EXL-50球形托卡马克（ST）的完全无感操作中观察到。在相对论非线性库仑碰撞和准线性扩散算符的稳态下，数值求解Fokker-Plank方程，得到电子分布函数，用于计算注入EC波驱动的等离子体电流.对于特殊的EC波，模拟结果揭示了一种机制，通过这种机制，电子周围的冷二次谐波ECR层强烈共振高次谐波通过相对论多普勒频移共振条件。实际上，在模拟中，在输入EC波功率的一定值以上，这一特征是明显的，表明它是一种非线性现象。与实验观察相似，通过在我们的模拟模型中考虑多通滤波，在对EXL-50的典型低密度（$\sim 1\times10^{18}~m^{-3}$）、低温（$\lesssim 100$ eV）等离子体的模拟中确实发现了电流驱动的高效率（超过1 A/W）。然而，在单通道和多通道模拟的普通EC波研究中没有发现这种特性，这表明它在我们的ST器件上驱动电流的效率很低。
2021-09-09 physics.plasm-ph
Non-thermal electron cyclotron emission during runaway plateau in tokamak disruptions from a highly anisotropic dielectric tensor
Seoul National University（首尔大学）；Nuclear Research Institute for Future Technology and Policy, Seoul National University（首尔大学未来技术与政策核研究所）；POSTECH（浦项工科大学）
本文基于热等离子体色散张量推导非热电子回旋辐射系数和动能不稳定性驱动率，通过KIAT和SYNO代码验证，揭示了托卡马克失稳实验中非热电子回旋辐射的可能机制。
2026-07-31 physics.plasm-ph
Control of the bootstrap current in approximately quasi-axisymmetric magnetic fields
Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT（国家聚变实验室，CIEMAT）
本文提出了一种基于近准轴对称磁场和分段无源扰动的新策略，旨在实现简单线圈几何、托卡马克式约束性能及通过调节反向电流与岛型分流器的兼容性。
2026-10-27 physics.plasm-ph
An asymptotic-preserving 2D-2P relativistic Drift-Kinetic-Equation solver for runaway electron simulations in axisymmetric tokamaks
本文提出了一种渐近保持（AP）、一致收敛的相对论性碰撞漂移动力学方程（rDKE）数值格式，用于模拟轴对称环形磁场中的逃逸电子.该方法是来自一个精确的格林函数解与数值近似的量化影响，并导致一个简单的，两步操作分裂算法，由碰撞欧拉步骤，和拉格朗日轨道积分步骤与分析规定的内核。该方法的AP字符的主要数值误差的分析表明，以及通过数值实验。我们证明了该算法的能力，提供准确的答案，无论等离子体碰撞的圆形轴对称托卡马克几何形状。
2021-05-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Verification of nonlinear particle simulation of radio frequency waves in tokamak
采用全动力学离子和漂移动力学电子建立了聚变等离子体中射频（RF）波的非线性模拟模型，并在Boozer坐标系下用Boris推实现了环形结构中的离子回旋运动。验证了低杂波和离子伯恩斯坦波的线性色散关系和非线性粒子捕获。观察到的参数衰减不稳定性的大幅度泵波衰减到IBW边带和离子回旋准模（ICQM）。ICQM引起离子垂直加热，加热速率与泵浦波强度成正比。
2017-09-17 physics.plasm-ph
Interaction of the fast wave with a scrape-off layer plasma in tokamaks. The ion cyclotron parametric instabilities and the anomalous heating of ions
发展了有限波长椭圆偏振快波驱动下等离子体离子回旋（IC）静电参量不稳定性理论。本文对托卡马克装置中FW注入过程中刮除层（SOL）中产生高能离子的一个潜在来源--IC准模衰变不稳定性的增长率进行了解析推导，给出了任意FW电场和IC不稳定扰动波长时IC准模衰变不稳定性增长率的解析表达式。对含有IC模$φ_{i}\left(\mathbf{k}_{i}, ω\right)$及其谐波$φ_{i}\left(\mathbf{k}_{i}, ω-ω_{0}\right)$、$φ_{i} \left(\mathbf{k}_{i}, ω-2ω_{0}\right)$的三波系统的色散方程进行了全面的数值分析，其中$ω_{0}$为FW频率。结果表明，对于波长与热离子Larmor半径相当的IC波，该波系统的参数IC不稳定性具有最大增长率。结果表明，反电子朗道阻尼在这种不稳定性的发展中起着重要的作用。这种不稳定性饱和的可能机制是离子被具有随机相位的IC波系综散射，这限制了高水平不稳定性的发展。本文利用发展的离子碰撞准模衰变不稳定性的准线性理论，确定了离子与参量离子碰撞湍流相互作用所引起的离子反常加热率。导出的结果表明，实验观察到的各向异性加热的冷SOL离子可能是造成的参数IC在SOL湍流。然而，IC参数湍流是不太可能负责实验观察到的约束不良的超热离子在托卡马克等离子体的SOL爆发。
2020-01-03 physics.plasm-ph
Development of a free boundary Tokamak Equilibrium Solver (TES) for Advanced Study of Tokamak Equilibria
本文介绍了为进一步研究托卡马克平衡而开发的自由边界托卡马克平衡解算器（TES）。一种是解决固有轴对称不稳定性的广义方法，这是在自由边界条件下的平衡计算中遇到的。另一个是一个扩展，以处理一个新的偏滤器的几何形状，如雪花或X偏滤器。对于验证，解决方案的唯一性确认的计算域的变化的独立性，数学的正确性和准确性的平衡配置文件进行检查的直接比较与分析平衡被称为广义Solovev平衡，并通过检查内在的轴对称不稳定性的控制力平衡关系进行测试。作为一个有价值的应用，在KSTAR线圈系统的情况下，讨论了要求极向磁场为二阶零点的雪花平衡。
2015-03-11 physics.plasm-ph
Axisymmetric hybrid Vlasov equilibria with applications to tokamak plasmas
本文推导了包含动能离子和无质量流体电子的混合 Vlasov 模型轴对称平衡方程，该系统由 Grad-Shafranov 方程和积分方程组成，可用于计算 tokamak 等离子体的平衡磁场和离子分布，并揭示了流体电子带来的极向电流分量。
2024-06-05 physics.plasm-ph
Cross-Calibration and First Vertical ECE Measurement of Electron Energy Distribution in the TCV Tokamak
本研究在TCV托卡马克中实现首次垂直电子回旋发射非热电子分布测量，建立无热背景的低电子密度诊断运行模式，可分析快电子能量分布并支持诊断系统交叉校准。
2024-09-18 physics.plasm-ph
X point effects on the ideal MHD modes in tokamaks in the description of dual-poloidal-region safety factor
本研究构建双极向区安全因子通量坐标系，分析X点对托卡马克理想MHD模的影响，发现X点对常规边缘模有稳定作用，还揭示了X点附近轴对称模的存在及对RMP抑制边缘局域模的改进方向。
2024-10-31 physics.plasm-ph
Efficient and robust evaluation of fast particle losses in non-axisymmetric tokamak plasmas
我们提出了各种技术，使轨道跟踪蒙特卡罗模拟更快，更可靠的评估碰撞快速粒子损失时，由于磁场扰动。这些技术基于使用所谓的损失图来识别运动空间常数中的各种损失通道。我们证明，这使得一个属性的损失定量不同的传输机制，增加信噪比时，估计FILD信号和峰值功率负载，并连接磁场结构直接快速粒子损耗。此外，我们表明，无碰撞的快速粒子输运可以被视为一个对流扩散过程中的传输系数可以评估与轨道跟踪方法。应用这些技术有可能使轨道跟踪模拟更快地执行，或者完全避免它们，同时使结果更可靠，因为它们与基础物理学的联系更加清晰。我们证明了这些技术的ITER显示如何影响α粒子的损失，各种磁场扰动，估计ICRH损失减少领域的情况下，并执行扫描的α粒子损失的函数ELM控制线圈电流相位。
2019-08-07 physics.plasm-ph
Axisymmetric simulations of vertical displacement events in tokamaks: A benchmark of M3D-C$^1$, NIMROD and JOREK
提出了一个模拟垂直位移同相轴的基准程序，并将其应用于三维非线性磁流体动力学程序M3 D-C $^1$、JOREK和NIMROD。模拟是基于一个垂直不稳定的NSTX平衡封闭的轴对称电阻墙与矩形截面。的线性VDE增长率的线性依赖于壁的电阻率恢复足够大的壁电导率和小的温度在开放的场线区域。基准测试结果表明，从线性NIMROD和M3 D-C $^1$模拟以及从轴对称非线性JOREK，NIMROD和M3 D-C $^1$模拟的线性阶段获得的VDE增长率之间具有良好的一致性。轴对称非线性模拟的一个完整的VDE与三个代码进行了比较，发现关于等离子体的位置和等离子体电流，以及涡流和晕电流在墙上的协议。
2019-08-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Equilibrium reconstruction with 3D eddy currents in the Lithium Tokamak eXperiment
本文用PSI-Tri平衡程序对锂托卡马克实验（LTX）中的托卡马克等离子体进行了轴对称自由边界平衡重建。由于真空室和第一壁结构产生的长寿命非轴对称涡流的存在，LTX中的重建变得复杂。为了解释这种效应，在这些导电区域中使用额外的环形电流源进行重建。源分布是固定的极轴，但其规模调整的一部分，完整的重建。涡流分布计算的环形平均电流，耦合到真空场线圈产生的，从一个简化的三维灯丝模型的重要导电结构。全3D涡流场还用于使得能够包括具有强3D涡流拾取的局部磁场测量作为重建约束。使用这种方法，平衡重建产生良好的协议与所有可用的诊断信号。伴随的场扰动产生的三维涡流等离子体表面上的主要n=2，m=1字符也预测这些平衡。
2017-01-20 physics.plasm-ph
SPARC Tokamak Error Field Expectations and Physics-Based Correction Coil Design
Columbia University（哥伦比亚大学）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
SPARC环形磁体通过基于物理的校正线圈设计，实现高效误差场校正和抑制边缘局域模，确保高场运行稳定性。
2026-01-18 physics.plasm-ph
Metamaterial lens of specifiable frequency-dependent focus and adjustable aperture for electron cyclotron emission in the DIII-D tokamak
在非均匀磁化等离子体中，不同频率的电子回旋辐射起源于不同的位置。为了从环形等离子体约束装置（例如，托卡马克）的外边缘同时观察多个ECE频率，收集光学器件的焦距应随频率增加，以使沿着磁场梯度的视线上的分辨率最大化。在这里，我们提出了一个分区的超材料透镜的设计和数值研究，这样的特点，可能部署在DIII-D托卡马克的83 - 130 GHz的ECE辐射计。该透镜由一个小型化元件移相器的同心阵列组成。这些从所需的高斯光束腰位置开始进行逆向工程，并进一步优化，以考虑衍射和有限孔径效应，这些效应往往会使腰部发生位移。同时，我们施加了高和均匀的透射率，平均在所有移相器。示出的焦距从1.37米增加到1.97米的频率范围内的利益，如所需的低场DIII-D放电（B =-1.57 T）。将透镜缩回到后退位置相应地刚性地移动腰部，导致在较高场（高达B =-2.00 T）下的EC发射层位置的良好匹配-在瑞利长度的一小部分内。此外，示出了改变透镜孔径可以如何"非刚性地"移动腰部以更好地匹配EC发射层的非刚性移动与磁场。所提出的数值方法是非常普遍的，可以用来工程的任何依赖的焦距上的频率，包括零或最小的色差。
2014-10-13 physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear reconnecting edge localized modes in tokamaks
利用三维电阻磁流体力学数值模拟研究了托卡马克中的非线性边缘局域模。由于非轴对称的重连电流片不稳定性，即所谓的剥离状边缘局域模，在环周围缠绕的相干载流细丝（带状）结构是非线性形成的。这些快速增长的模式饱和打破轴对称电流层隔离等离子体边缘附近，并通过径向向外排出电流和放松它回来，通过重复的松弛周期。边缘局域模产生的局部双向涨落感应电动势（emf），即发电机作用，使轴对称电流密度弛豫，在边缘附近形成电流空穴。
2017-02-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Tokamak-like Vlasov equilibria
具有真空环形磁场的轴对称等离子体的Vlasov平衡，在选择离子和电子分布函数的情况下，可以简化为Grad-Shafranov型方程。拟中性缩小了分布函数的选择范围。与电子分布函数由位移麦克斯韦组成的二维对称平衡相反，环形平衡需要变形麦克斯韦。为了能够进行计算，该变形通过Heaviside阶跃函数或指数函数产生。由此产生的Grad-Shafranov-like方程显式地建立。
2014-01-31 physics.plasm-ph
Gyrotropy-Induced Symmetry Breaking of Erosion Hot Spots on Antenna Limiters during High-Power Tokamak RF Operation: Mechanisms and Mitigation Strategies
本文揭示了高功率托卡马克ICRF天线限制器热点不对称性源于波物理的回旋各向异性，提出通过控制极向相位或修改限制器形状可使其总侵蚀量较现有设计减少约2倍。
2025-09-16 physics.plasm-ph
Optimized finite-$β$ tokamak-stellarator hybrid configurations achieved by planar dipole-field coils
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）
研究利用平面偶极场线圈，通过单级自由边界优化构建托卡马克-仿星器混合构型，包括真空和有限β情况，能产生多种有利平衡，可实现β提升和场周期变化，类TO构型在大旋转变换时表现良好，为优化有限β混合构型提供平台。
2026-07-17 physics.plasm-ph
Sawtooth crash in tokamak as a sequence of Multi-region Relaxed MHD equilibria
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；the Australian National University（澳大利亚国立大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Australian Nuclear Science and Technology Organisation（澳大利亚核科学与技术组织）
本研究将托卡马克锯齿崩塌建模为多区域弛豫磁流体动力学平衡序列，用SPEC构建中间态平衡，验证了重联过程特征，与M3D-C1吻合良好，为MHD模拟提供了补充方法。
2025-11-02 physics.plasm-ph
BORAY: An Axisymmetric Ray Tracing Code Supports Both Closed and Open Field Lines Plasmas
光线追迹程序是研究电磁波在几何光学近似下的传播和吸收的有效工具。在磁化聚变等离子体中，大多数射线追迹程序假设等离子体密度和温度是磁通量的函数，并且只研究最后一个闭合磁通面内的波，这对于当今的托卡马克来说已经足够了。然而，它们很难用于具有开放磁场线等离子体的结构，如镜像机和场反转结构（FRC）。我们开发了一个圆柱坐标系下的射线追迹程序$(r,ϕ,z)$，以支持任意轴对称结构的闭合和开放场线等离子体。对于波的传播，冷等离子体色散关系通常是足够的，我们需要的磁场${\bf B}(r,z)$和物种密度$n_{s0}(r,z)$作为输入。对于波的吸收，我们需要进一步的温度$T_{s0}(r,z)$配置文件来解决热动力学等离子体色散关系。与以往的射线追踪程序计算波矢虚部${\bf k}_{\perp,i}$的方法不同，本文计算了波频虚部$ω_i$，在弱阻尼近似下与前者是等价的。该代码可以使用数值或分析平衡。给出了托卡马克、球形托卡马克、FRC和镜机的电子回旋波、低杂波和离子回旋波的例子和基准。
2021-05-25 physics.plasm-ph
Design of Passive and Structural Conductors for Tokamaks Using Thin-Wall Eddy Current Modeling
本文基于PSI-Tet开发三维薄壁涡流建模工具ThinCurr，为SPARC和DIII-D建立导电结构模型，并用于优化无源REMC设计以缓解破裂中的逃逸电子。
2023-09-27 physics.plasm-ph
Scattering of radio frequency waves by cylindrical blobs in the plasma edge in tokamaks
射频波通常用于托卡马克聚变等离子体中的等离子体加热、电流控制以及诊断。这些波由放置在托卡马克壁附近的天线结构激发，并且它们必须在到达核心等离子体（这是它们的目标）之前通过称为刮除层的湍流层传播。这一层表现出相干的密度波动的斑点和细丝的形式。研究了射频平面波在单块物体上的散射过程，假设单块物体为无限长圆柱体。在平面波的情况下，斑点的轴不一定与外部施加的磁场对准。研究了ITER和中型托卡马克装置（如TCV、ASDEX-U、DIII-D等）的电子回旋波（$f_0$ =170 $GHz$）和ALCATOR C-MOD装置的低杂波（$f_0$ =4.6 $GHz$）。该研究涵盖了各种密度之间的对比斑点和周围的等离子体和大范围的斑点半径。
2018-01-05 physics.plasm-ph
Dielectric kernels for Maxwellian tokamak plasmas
本文提出了描述麦克斯韦托卡马克等离子体全波介电响应的新积分核。它们实际上占的旋转变换和波的分散存在的平衡磁场平行梯度。这些内核依赖于三个变量的特殊功能，概括了标准的等离子体色散函数，其主要的分析性质，导致有效的评价。这种方法是免费的极向傅立叶模式扩展的HF场出现在早期的配方，并给出了完全的自由度的数值分辨率的波动方程：它通常将被应用到2D有限元离散，允许局部网格细化所需的回旋共振层附近和快速HF场变化的区域。为了清楚起见，该第一表示是拉莫尔半径中的最低阶，但是将容易地推广到（$ρ_{LT}/λ_\perp$）中的所有阶。
2019-08-11 physics.plasm-ph
New axisymmetric equilibria with flow from an expansion about the generalized Solov'ev solution
本研究通过线性化假设与广义Solov'ev解展开，得到含环向和极向流动的广义Grad-Shafranov方程解析解，分析自由参数对平衡位形的影响，构建了多种适用于托卡马克、球形托卡马克和球马克的平衡态。
2025-02-22 physics.plasm-ph
Mechanism of Ionization Avalanche in Tokamak Microwave Gas Breakdown
Seoul National University（首尔大学）；Nuclear Research Institute for Future Technology and Policy, Seoul National University（首尔大学未来技术与政策核研究所）；Korea Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）；United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；General Atomics（通用原子公司）
本研究通过三维蒙特卡罗模拟揭示平行布朗运动在托卡马克微波气体击穿电离雪崩中的关键作用，预测的击穿边界经KSTAR验证，并表明ITER条件下D₂预充压力约2 mPa、EC功率1 MW时击穿可行。
2026-09-21 physics.plasm-ph
Parametric instabilities of the inhomogeneous near SOL tokamak plasma, driven by the coupled effect of the high harmonic fast wave and of the ion and electron temperatures gradients, and anomalous heating of the near SOL ions
Plasma Research Center, Pusan National University（釜山国立大学等离子体研究中心）；Department of Electrical Engineering, Pusan National University（釜山国立大学电气工程系）
数值研究高谐波快波与温度梯度耦合驱动的近刮削层静电参量不稳定性，发现参量衰变产生高谐波离子回旋波和准模，导致各向异性离子加热。
2026-06-15 physics.plasm-ph
Analysis of deviation from neoclassical ion equilibrium against electron and ion temperature profiles in T-10 tokamak
本文分析了T-10托卡马克中离子力平衡与新古典理论预测的偏差，并从其与电子温度、Te温度和离子温度的局部和非局部相关性的观点出发，计算了径向电场的直接测量值。通过Pearson相关分析了局部相关性。非局部相关处理与反问题的假设下，一个积分方程的偏差和Te和Ti的配置文件之间的关系。分析了无辅助加热、弱辅助加热和强辅助加热（电子回旋共振加热）放电。结果表明，无论在定域模型还是非定域模型中，电子对离子平衡偏离新古典理论预测的贡献都很大（不小于离子）。
2021-01-11 physics.plasm-ph
Oblique electron-cyclotron-emission radial and phase detector of rotating magnetic islands applied to alignment and modulation of electron-cyclotron-current-drive for neoclassical tearing mode stabilization
在DIII-D托卡马克装置上安装了一台双通道倾斜电子回旋辐射计，并与4个回旋管连接。倾斜ECE被用于环形和径向定位旋转磁岛，从而帮助它们的电子回旋电流驱动器（ECCD）稳定。特别地，在由接口模拟电路操作的操纵之后，倾斜ECE信号直接调制与岛旋转同步并且与岛O点同相的电流驱动，以实现更有效的稳定。除了不同的环形位置外，诊断视图与ECCD发射方向相同，这大大简化了信号的实时使用。事实上，简单的环形外推就足以将调制锁定到O点相位。这是由一个专门设计的移相器，在1- 7 kHz范围内几乎平坦的响应。此外，对略高于和略低于ECCD频率的两个通道进行相关分析，可以检查与岛的径向对准，因为为了获得令人满意的对准，两个信号是异相的。
2013-02-28 physics.plasm-ph
Efficiency and Physical Limitations of Adiabatic Direct Energy Conversion in Axisymmetric Fields
本文提出并分析了一类基于轴对称磁场中带电粒子绝热磁漂移的直接能量转换方案，计算了其效率及几何与动力学限制，并指出该E×B构型适用于先进无中子反应堆和氘氚托卡马克偏滤器，且避免了传统高温转换装置的经典缺陷。
2024-10-20 physics.plasm-ph
Collisionless wave dissipation in a D-shaped tokamak with Soloviev type equilibrium
本文导出了轴对称D型托卡马克中任意长径比、任意伸长和中等三角形度条件下Soloviev型平衡下射频波的平行介电常数元。漂移动力学方程分别解决未捕获（通过或循环）和三组被困粒子作为边界值问题，占渡越时间和反弹共振，分别。结果表明，新的两组俘获粒子只能出现在大伸长和大中心β的托卡马克中。我们的介电特性可以应用于具有圆形、椭圆形和D形磁表面的大型和低纵横比托卡马克，以研究等离子体加热和电流驱动产生过程中电子朗道阻尼引起的波传播和波耗散。耗散波功率由包括平行介电常数的对角元素和非对角元素的虚部的项的总和表示。
2004-10-18 physics.plasm-ph
Local gyrokinetic simulations of tokamaks with non-uniform magnetic shear
在这项工作中，我们修改了标准的通量管模拟域，包括任意离子回旋半径尺度的安全系数的径向分布的变化。为了确定如何适当地包括这样的修改，我们添加了一个强离子回旋半径尺度源（灵感来自电子回旋电流驱动）的福克-普朗克方程，然后进行多尺度分析，区分由源驱动的快速电子和慢速体热电子。这使我们能够系统地推导出所需的变化的gyrokinetic模型。我们发现新的条款，调整离子和电子的平行流是沿着修改后的场线。这些条款已成功地实施了gyrokinetic代码（同时保留典型的傅立叶表示），这使得通量管研究的非单调的安全系数配置文件和相关的剖面剪切。作为一个说明性的例子，我们调查托卡马克与正与负三角形等离子体整形，并发现轮廓剪切的重要性是不显着的形状变化的影响。
2022-12-13 physics.plasm-ph
From tokamaks to stellarators: understanding the role of 3D shaping
在这项工作中，三维成形中发挥的作用，在产生旋转变换的环形磁约束装置进行了探讨。介绍了Strand和Houlberg（2001）定义的磁阻矩阵，并与三维MHD平衡的模拟结果进行了比较。边缘旋转变换轴对称成形的依赖性进行了简要探讨。然后，它示出如何简单的三维成形可以驱动旋转变换在一个简单的形状仿星器。结果表明，高极向模数的模驱动边缘变换，对芯的影响很小，而极向模m < 2的模驱动边缘和芯的旋转变换。这项工作的结论与磁对称定义的三维形状空间的非线性的讨论。
2017-07-11 physics.plasm-ph
Electron Bernstein waves in spherical tokamak plasmas with "magnetic wells"
除了传统的单调递增磁场区域外，球形托卡马克（ST）中还存在“磁阱”区域。磁场剖面反演显著地改变了波的传播和衰减的整体图像。由于磁阱可能会变得相当普遍的ST性能的进一步改善，这种配置的分析是感兴趣的EBW等离子体加热的CD前景的评估。本文研究了平板模型中电子束波传播和二次回旋谐波衰减的基本特征。
2004-12-28 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Quasilinear diffusion coefficients in a finite Larmor radius expansion for ion cyclotron heated plasmas
本文导出了托卡马克中离子回旋波频率范围内麦克斯韦方程组与福克-普朗克方程自洽耦合的小拉莫尔半径近似准线性扩散简化模型。简化模型通过Kennel-Engelmann扩散保证了完整模型的重要性质，如扩散方向、波偏振和H定理。的动能变化（W点）是用来推导出的基本阻尼和二次谐波阻尼的有限拉莫尔半径展开的最低阶的减少模型扩散系数。准线性扩散系数在具有介电张量等效约化模型的耦合代码（TORIC-CQL 3D）中实现。我们还提出了模拟ITER少数加热的情况下，在其中的简化模型进行了验证，在允许的误差范围内从完整的模型结果。
2017-04-24 physics.plasm-ph
On Synergy effect of Ohkawa Current Drive of Electron Cyclotron Waves and Lower Hybrid Current Drive: A New Mechanism
发现并讨论了电子回旋（EC）波的大川电流驱动（OKCD）与低杂波电流驱动（LHCD）之间的一种新的协同机制。并介绍了实现这种协同效应的方法。在托卡马克等离子体的远离轴径向区（\r{ho} > 0.6），OKCD效率可提高约2.5倍。使EC波加热顺IP方向的电子，LH波加热逆IP方向的电子，这种新的协同效应的机理是电子俘获和去俘获过程的结果。OKCD使低速勉强通过的电子被俘获（俘获过程），LHCD将一部分高速勉强通过的电子从速度空间的俘获区拉出来（脱陷过程），并将脱陷后的电子加速到更高的速度。
2018-07-31 physics.plasm-ph
Modeling the complete prevention of disruption-generated runaway electron beam formation with a passive 3D coil in SPARC
在托卡马克等离子体突然终止过程中，可能形成相对论性“逃逸”电子（RE）的多兆安培束，这对托卡马克作为聚变能源的发展构成了重大挑战。在这里，我们使用最先进的破坏磁流体动力学模型，结合RE产生和传输的自洽演化，表明非轴对称的容器内线圈将被动地防止RE束形成，在托卡马克，紧凑，高场，高电流设备，能够实现聚变增益Q > 2的氘氚等离子体中的中断。
2021-10-20 physics.plasm-ph
Equivalent Model of Transient Gyrotron Cathode Response
回旋管是托卡马克电子回旋共振加热系统中的高功率毫米波源。阴极电源是回旋管最重要的辅助设备之一。在实验先进超导托卡马克的电子回旋共振加热系统中，发现了回旋管工作时阴极电压和阴极电流的一些有趣的瞬态现象。在过流情况下，阴极电压下降到原始值的约10%约90 μs，这比正常情况下的25 μs长得多。为了解释这些现象，提出了磁控注入电子枪的等效电路模型。等效电路由并联电阻和电容组成，可以很好地解释测试结果。用等效电路模型分析回旋管可能成为研制和运行电子回旋加热系统的有效手段。
2018-10-09 physics.ins-det physics.plasm-ph
Non-existence of normal tokamak equilibria with negative central current
最近的托卡马克实验采用离轴，无感电流驱动器已经发现，一个大的中心电流孔可以产生。在该区域中，电流密度被测量为近似为零，尽管原则上存在足够的电流驱动功率以使中心电流密度显著地变为负值。最近的论文已经使用了一个大的纵横比展开，以表明正常的MHD平衡（轴对称嵌套通量表面，非奇异场，单调的峰值压力分布）不能存在与负中心电流。我们在这里扩展证明任意的长宽比，使用维里定理的一个变体，以获得一个相对简单的积分约束的平衡。然而，这个约束本身并不排除与非嵌套通量表面的平衡，或者与可能自发产生的奇异场和/或中空压力分布的平衡。
2003-08-25 physics.plasm-ph
Effect of LH and ECR waves on plasma parameters in ADITYA Upgrade tokamak
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Institute of Science, Nirma University（尼尔玛大学理学院）
ADITYA升级托卡马克利用ECRH和LHCD技术研究等离子体参数变化及其能量耦合效应。
2026-01-12 physics.plasm-ph
A reduced model for neoclassical transport in non-axisymmetric magnetic configurations
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，聚变研究与技术研究所）
该研究针对带非轴对称磁扰动的托卡马克，提出结合哈密顿描述与最小熵产生变分法的统一框架，推导特定碰撞率区域的解析表达式，设计高效数值程序计算输运系数，实现新经典输运约化模型的构建。
2026-10-14 physics.plasm-ph
Investigation of Neoclassical Tearing Mode Detection by ECE Radiometry in Tokamak Reactors via Asymptotic Matching Techniques
该研究利用TJ程序结合渐近匹配方法模拟ITER类托卡马克中NTM的磁结构与电子温度扰动，并开发考虑相对论效应的模拟ECE诊断以预测检测信号。
2025-07-28 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
Expulsion of runaway electrons using ECRH in the TCV tokamak
该研究在TCV托卡马克中应用中轴ECRH，可在数百毫秒内将逃逸电子种子群减少三个数量级并防止破裂后逃逸电子束形成，驱逐率随功率增加，0-D模型归因于电子温度升高与输运增强。
2024-07-22 physics.plasm-ph
Identification of Local Alfven Wave Resonances with Reflectometry as a Diagnostic Tool in Tokamaks
局部阿尔芬波（LAW）共振在托卡马克等离子体中由外部驱动的磁场激发，频率低于离子回旋频率，其中假设使用阿尔芬波。最近，在TCABR（Bt =1.1T，q 0 =1.1，n 0 =1.4-2.0 × 10^{19}/ m^3）中，利用固定频率（32.4GHz）的O模反射计，在几kW功率沉积和4 MHz频率下，在LAW共振m=+/-1，N=+/-2处检测到了波驱动的密度起伏。在这里，我们表明，结合小功率沉积在LAW共振，扫过等离子体密度变化或扫描与发生器频率，结合检测的密度波动的LAW共振反射计可以作为诊断工具，用于识别的有效离子质量数AEF和q-分布在托卡马克。该方法是基于同时探测托卡马克中M/N=+/-1/+/-2天线模激发的m=+/-1局部AW共振和极向模耦合效应产生的m=0局部AW共振的位置。根据LAW色散，m=0共振仅取决于有效离子质量数，而不取决于q分布。然后，使用这些数据，我们可以定义m=+/-1 L AW共振位置处的q值。使用具有偶数环形模式（N=2，4，.）在0.6 ~ 1 MHz频段内，利用该方法对欧洲联合环（Bt=2.3T，q 0 =1 ~ 1.3，n 0 =5-7 × 10 ~（19）/m^3）进行了计算。
2004-10-08 physics.plasm-ph
A survey of electron Bernstein wave heating and current drive potential for spherical tokamaks
电子伯恩斯坦波（EBW）是电子回旋加速器（EC）范围内唯一可以应用于球形托卡马克加热和电流驱动（H&CD）的波。球形托卡马克（ST）通常工作在高β区，其中通常的EC O-和X-模式被切断。在这种情况下，EBW似乎是唯一的选择，可以提供类似于EC波的功能-可控的局部H&CD，可用于核心等离子体加热以及精确的等离子体稳定。EBW是一种准静电波，可以通过从适当发射的O-或X-模式的模式转换来激发;其在等离子体内部的进一步传播受到等离子体参数的强烈影响。这些相当棘手的性质使它的应用更加困难。在本文中，我们进行了广泛的数值研究EBW H&CD性能在四个典型的ST等离子体（NSTX L-和H-模式，MAST升级，NHTX）。耦合射线跟踪（AMR）和福克-普朗克（LUKE）代码模拟不同的频率和发射条件，这是基本的EBW参数，可以选择和控制的EBW。我们的研究结果表明，一个有效的和通用的电子束焊接H&CD系统确实是可行的。特别地，可以沉积功率并且合理有效地驱动电流穿过整个等离子体半径。这样的系统可以通过适当选择的发射天线垂直位置来控制，并且也将是足够鲁棒的。
2011-07-13 physics.plasm-ph
