Modeling the low-pressure high-voltage branch of the Paschen curve for hydrogen and deuterium
本文建立了氢和氘中汤森放电的三组分物理数值模型，用于预测数百千伏下帕邢曲线低压分支，并验证了其与低压实验数据的一致性。
2024-04-01 physics.plasm-ph
The hidden uncertainties in particle balance calculations and their implications for assessment of plasma performance
混合等离子体放电的预测模拟，如氘氚等离子体，依赖于粒子输运的自洽模型。这些模型必须与现有实验的解释分析进行验证。考虑到粒子平衡方程的不确定性，对混合等离子体放电的模拟是很重要的，因为模拟结果直接受等离子体成分的影响。用TRANSP程序分析了中性束加热的氘射流放电和氢氘混合等离子体放电。定量地评估了进入粒子平衡方程的规定量和项对计算的等离子体参数，特别是对中子率和等离子体能量的影响。在规定的离子温度，等离子体旋转和杂质含量的大的不确定性可能会导致显着的高估或低估的计算中子速率。如果假设电子和热离子的扩散率相同，则在解释性模拟中观察到测量的和计算的中子速率的时间演化的显著差异。需要增加热氘离子传输，以达到协议与等离子体的组成测量在等离子体边缘和测量的中子速率。用粒子平衡方程计算的热离子密度主要受离子流出项的影响。
2022-02-25 physics.plasm-ph
Electron-cyclotron plasma startup in the GDT experiment
本文报道了一种新的等离子体启动方案在气体动力学阱（GDT）磁镜装置。主要的5 MW中性束注入（NBI）等离子体加热系统发射到足够密集的等离子体靶（“种子等离子体”）中，其通常由电弧等离子体发生器供应。在报告的实验中，探索了一种不同的种子等离子体生成方法。电子回旋共振（ECR）加热系统的一个通道用于加热中性气体，并将等离子体密度提高到适合NBI捕获的水平。在短暂的过渡（约1 ms）后，放电变得基本上类似于由等离子体枪引发的标准放电。本文介绍了ECR加热过程中种子等离子体演化的放电方案和实验数据，以及入射微波功率，磁结构和中性气体压力的依赖关系。随后的高功率NBI放电的特点进行了研究，并与传统的方案进行了讨论。在GDT实验的基础上，建立了描述大尺度镜阱中ECR击穿和种子等离子体积累的理论模型。
2016-11-04 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
Electron cyclotron emission at the fundamental harmonic in GDT magnetic mirror
本文总结了最近在轴对称磁镜装置GDT（新西伯利亚布德克研究所）上进行的基次谐波电子回旋发射（ECE）测量实验的结果。新的ECE诊断安装，以促进成功的电子回旋共振加热实验，并在54.5 GHz的加热频率附近工作。除了预期的热电子的发射，一个明确解决的非热ECE观察到的高功率微波加热驱动的超热电子的存在下。等离子体发射的细节进行了实验研究，在广泛的放电方案。
2017-05-03 physics.plasm-ph
Experimental and numerical investigation of suprathermal electron dynamics using vertical electron cyclotron emission
本文提出合成 ECE 框架 YODA，并与 LUKE 动力学代码结合，通过正向建模解释 TCV 两次 ECCD 实验中的 VECE 光谱及超热电子分布特征。
2025-10-21 physics.plasm-ph
Resonantly Driven Electron Bernstein Waves in Magnetized Low-Pressure Capacitive Discharges
School of Physical Sciences, UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences, University of Mumbai（孟买大学物理科学学院，UM-DAE基础科学卓越中心）；Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究在弱磁化条件下电容耦合等离子体放电的物理机制，发现电子伯恩斯坦波在等离子体本体中传播，并通过粒子-细胞蒙特卡洛碰撞模拟分析其机制。
2026-05-19 physics.plasm-ph
Impurity transport in Alcator C-Mod in the presence of poloidal density variation induced by ion cyclotron resonance heating
本文用局部回旋动力学模拟和考虑极向不对称和伸长效应的理论模型研究了离子回旋共振加热Alcator C-Mod放电中杂质粒子的输运。尽管在深芯区域的少数温度各向异性很强，极向不对称性被发现有一个可以忽略不计的影响湍流杂质输运由于在该地区的低磁剪切，与实验观察。根据理论模型，在外芯区域极向不对称性可能有助于减少杂质峰，但原子物理学过程中的不确定性，防止与实验进行定量比较。
2014-11-10 physics.plasm-ph
Study of Gasdynamic Electron Cyclotron Resonance Plasma Vacuum Ultraviolet Emission to Optimize Negative Hydrogen Ion Production Efficiency
负氢离子源被用作加速器的注入器，并驱动ITER中的中性束加热。低温氢等离子体中的某些过程伴随着真空紫外（VUV）辐射的发射。因此，研究真空紫外辐射提供了等离子体化学过程的体积速率和等离子体参数。在过去，我们已经使用气体动力学ECR放电的体积负离子生产和研究之间的依赖关系提取H $^-$电流密度和各种离子源参数。它表明，它是可能的，以达到高达80 mA/cm $^2$的负离子电流密度与两个电极提取。本文报道了在由两个简单的镜阱组成的高密度气体动力学ECR放电等离子体中产生负氢离子的实验研究以及真空紫外发射测量结果。在三个范围内测量VUV功率- Ly $_α$、Lyman带和分子连续区-改变源控制参数以接近其用于H $^-$生产的最佳值。结果表明，第一腔室中分子的连续辐射功率最高，而第二腔室中以Ly $_α$辐射为主。为进一步优化负氢离子产生的实验方案，提出了改进意见。
2019-12-10 physics.plasm-ph
An enhanced operating regime for high frequency capacitive discharges
我们报告存在一个增强的操作制度的高频，低压电容耦合等离子体（CCP）放电中存在的弱磁场施加平行于电极。我们的PIC-MCC模拟表明，等离子体密度和离子通量值表现出尖锐的峰值时，电子回旋频率等于所施加的RF频率的一半。负责这种行为的物理机制被追踪到电极鞘边缘的振荡运动和由该鞘反射的一组电子的运动之间的同步。这些电子获得大量的能量，导致伴随的更高的电离，导致离子通量的峰值。我们的理论研究结果应该是很容易验证的实验在当今的CCP设备，可以提供有用的指导方针，提高CCP设备的操作性能在工业应用中。
2020-12-04 physics.plasm-ph
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
Investigation of light ion fusion reactions with plasma discharges
研究轻离子聚变反应产额与低反应能的关系对于理解恒星燃料链和发展未来能源技术具有重要意义。实验变得越来越具有挑战性，在较低的反应能，由于指数下降的聚变截面低于库仑势垒。我们报告的实验中，氘-氘（D-D）聚变反应的研究，在脉冲等离子体中的辉光放电制度，使用台式装置。我们使用粒子在细胞代码模型等离子体条件。这种方法的优点是相对较高的峰值离子电流和电流密度（0.1至几A/cm^2），可以应用于金属丝阴极几天。我们用基于闪烁器的探测器探测D-D反应中的中子。对于钯靶，我们发现中子产率作为阴极电压的函数，比在离子能量低于2千电子伏（质心框架）的裸核聚变预期的产率高100倍以上。一个可能的解释是由于1000+/-250 eV的电子屏蔽电势而对离子能量进行了校正，这增加了通过排斥性库仑势垒的隧穿概率。我们的紧凑，强大的设置，使参数研究这种效果在相对较低的反应能。
2019-05-24 astro-ph.SR 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
Investigation of Core Transport Barriers in DIII-D Discharges with off-axis Te Profile Peaks
本研究利用调制ECH分析DIII-D放电，发现离轴温度峰值附近存在电子内部输运势垒（ITB），其形成与安全因子$q$离轴值接近1相关，且L-H转换时的芯部热输运改变维持了该峰值。
2023-10-19 physics.plasm-ph
Achievement of 1 MA Discharges in Hydrogen-Boron Plasmas on EXL-50U
Hebei Key Laboratory of Compact Fusion（河北紧凑型聚变重点实验室）；ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技发展有限公司）；Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）；Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Fusion Energy and Nuclear Waste Management- Plasmaphysik（于利希研究中心核能与核废物管理研究所等离子体物理部）
EXL-50U球形托管实现了1 MA氢-硼等离子体放电，通过富含硼的燃料策略和ECRH与中央螺线管协同作用，展示了高性能等离子体的可行性及低回路电压启动技术。
2025-05-12 physics.plasm-ph
Power transport efficiency during O-X-B 2nd harmonic electron cyclotron heating in a helicon linear plasma device
本工作的主要目的是报告在将微波束（在28 GHz时< 70 kW）倾斜注入高功率（在13.56 MHz时约为100 kW）过密（n_e>1E10^19 m^（-3））氘螺旋等离子体柱的过程中，耦合到Proto-MPEX装置中的钨靶的功率。详细描述了实验装置、电子加热系统、电子加热方案和用于量化功率传输的红外热像诊断。结果表明，通过调节磁场分布可以有效地控制传输到靶的功率。使用这种方法，热通量高达22 MWm-2和功率传输效率在17-20%的范围内已实现使用70千瓦的微波功率。据观察，大部分的热通量被限制在一个狭窄的区域在等离子体的周边。光线追迹计算表明，功率耦合到等离子体电子通过O-X-B模式转换过程。计算表明，微波能量在等离子体外围通过碰撞被吸收，在过密区通过电子伯恩斯坦波的二次谐波回旋共振被吸收。这些结果的影响进行了讨论的背景下，MPEX。
2022-01-07 physics.plasm-ph
Analysis of a cusped helicon plasma thruster discharge
结合实验测量与混合PIC/流体模拟，研究尖峰磁场对紧凑型螺旋波等离子体推力器壁面损失、电子温度及性能的影响，并提出结构优化方向。
2023-07-18 physics.plasm-ph
Plasma characterization and confirmation of helicon mode of IShTAR plasma source
离子回旋鞘层试验装置（Ion cyclotron Sheath Test Arrangement，ISHTAR）是位于德国加尔兴的马克斯-普朗克等离子体物理研究所的一个研究离子回旋射频（ICRF）波与等离子体相互作用的专用试验装置。等离子体由等离子体源（长度= 0.1 m，直径= 0.4 m）提供，负责在ICRF天线前创建必要的等离子体环境。该源配备有螺旋天线，并设计成达到放电模式。以前没有确认这种源可以达到螺旋放电模式。然而，重要的是这样的源，以达到螺旋放电模式，以其全容量工作，并产生高密度等离子体。为了实现螺旋放电模式的这种源进行了详细的研究。等离子体参数（即电子温度，密度和等离子体电位）的表征，然后由一个全球性的粒子和功率平衡模型的实施已经取得。在较低的磁场（B <35 mT）下证实了螺旋模的存在。为了获得尽可能高的等离子体密度，提出了等离子体源的优化，以在最高可用磁场下达到螺旋模式。
2020-12-01 physics.plasm-ph
Simulation Studies of Resonant Excitation of Electron Bernstein Waves in Capacitive Discharges
School of Physical Sciences, UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences, University of Mumbai（孟买大学基础科学卓越中心物理学院）；Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究通过模拟探讨了弱磁场条件下等离子体电容放电中电子伯恩斯坦波的共振激发现象，揭示了磁场强度变化对放电对称性及电子伯恩斯坦波传播的影响。
2026-05-19 physics.plasm-ph
Sawtooth control using electron cyclotron current drive in the presence of energetic particles in high performance ASDEX Upgrade plasmas
使用可操纵电子回旋加速器电流驱动（ECCD）的锯齿控制已在ASDEX升级等离子体中得到证实，等离子体核心中有大量高能离子和长的不受控制的周期。当ECCD共振扫到q = 1表面的内部时，发现周期被最小化。通过在q = 1内使用ECCD进行控制，即使在比ITER基线情景中预期的压力高得多的压力下，也可以避免触发新古典撕裂模式。当锯齿触发新古典撕裂模式时，与不进行反流控制的相同放电相比，当仅使用适度的ECCD功率进行反流控制时，已实现在高出25%的标准化压力下的操作。模拟表明，由ECCD引起的局部磁剪切的变化所产生的不稳定能够与q = 1表面内的高能粒子的稳定影响相竞争。
2013-06-28 physics.plasm-ph
The effects of kinetic instabilities on the electron cyclotron emission from runaway electrons
在本文中，我们表明，与逃逸电子束的动力学不稳定性的高水平的非热电子回旋辐射（ECE）的生产发挥了至关重要的作用。大部分的非热ECE来自逃逸电子在低能区与大的俯仰角，这是强烈的激发哨声波散射。利用基于互易性方法的综合诊断模型，得到了逃逸电子的ECE功率。电子分布函数的计算使用动力学模拟模型，包括哨声波不稳定性和准线性扩散效应。基于DIII-D低密度放电的模拟再现了DIII-D实验中观察到的ECE信号的快速增长。与热ECE不同，在热ECE中，某一频率的辐射强烈地局限于谐振区内，来自逃逸电子的非热ECE辐射是非局域的，并且发射-吸收比高于热电子的发射-吸收比。逃逸电子尾在频率较高的ECE中更为显著，并且ECE谱随着RE布居数的增加而变得平坦。动力学不稳定性的非线性行为在ECE波的密切关系中得到了说明。在包括动力学不稳定性之后，与DIII-D实验观测的良好一致性清楚地说明了波粒相互作用的散射效应的重要性，这对于在破裂中产生的逃逸电子也很重要。
2018-03-27 physics.plasm-ph
Spatio-temporal evolution of electric field inside a microwave discharge plasma during initial phase of ignition and its effect on power coupling
在微波放电离子源（MDIS）微波功率发射的初始阶段，等离子体和电场在等离子体体积中一起随时间演化。在这里的MDIS腔的时空演化模式的报告，突出了这些电场功率耦合过程中的作用。利用有限元法（FEM）计算了电场的演化和功率耦合过程。与PIC/MCC或混合流体不同，这里的FEM模型通过漂移扩散方法使用时间相关泊松求解器。在体积中存在等离子体梯度的情况下，产生双极电场，其与MW电场相互作用以形成合成的总电场，该总电场在该演化期间连续变化。结果表明，电子回旋共振（ECR）是主要的功率耦合机制，但随着等离子体的演化，随着时间的推移，从ECR到非ECR加热模式的转变。当密度超过发射微波频率（2.45 GHz）的临界密度时，电子回旋共振（UHR）加热、静电离子声波（ES）加热是过密等离子体条件下的重要加热机制。在相似的结构和工作环境下，用实验间接验证了模拟的热电子温度和等离子体密度随时间的演化。在低功率范围内，实验结果与模拟结果吻合得相当好。
2018-12-05 physics.plasm-ph
Data-driven analysis of anomalous transport and three-wave-coupling effects in E x B plasma discharges
本文利用全粒子模拟数据与高阶谱分析、双相干分析及稀疏符号回归谱模型，揭示了E×B放电中反常输运由第一ECDI模式主导，并发现更高阶模式通过逆能量级联间接贡献输运。
2024-12-27 physics.plasm-ph
Electron cyclotron drift instability and anomalous transport: two-fluid moment theory and modeling
在垂直于磁场的强电场作用下，由于离子声模和电子回旋谐波的共振，相对于未磁化离子的电子交叉场（E $\times$ B）流动会引起电子回旋漂移不稳定性（ECDI）。这种情况发生在太空中的无碰撞冲击坡道以及霍尔推进器等$\rm{E \times B}$放电设备中。ECDI可以诱导平行于背景电场的电子流，其速度大大超过经典碰撞理论的预测。这种异常的传输可能导致粒子热化在空间冲击，并可能导致不利的等离子体流向E $\times$ B设备的墙壁。ECDI和异常输送的发展通常被认为是完全动力学的。然而，在这项工作中，我们证明了这种不稳定性的减少的变体，更重要的是，相关的异常运输，可以在没有任何碰撞的双流体框架中自洽地处理。通过平等对待电子和离子，自由能允许平行于背景电场的异常电子流的生长。首先，我们提出了两种流体的5-和10-时刻模型的不稳定性的线性分析，并比较他们对全动力学理论。在较低温度下，双流体最快增长模式与动力学结果吻合较好。此外，通过包括更多的（$>=10$）矩，可以恢复次级（和可能更高的）不稳定分支。还探讨了不稳定性对各种参数的依赖性。然后，我们进行直接的数值模拟的交叉场设置使用5矩模型。证实了不稳定性和反常输运的增长。最后，在较低的温度范围内使用相同的参数进行5矩和Vlasov模拟，显示出合理的协议。
2022-09-09 physics.plasm-ph
Controlled turbulence regime of electron cyclotron resonance ion source for improved multicharged ion performance
强非等离子热等离子体的动力学不稳定性的激发和非线性演化限制在开放的磁阱的基础研究提出了传统的电子回旋共振（ECR）离子源的微调的新机会。这些装置广泛用于产生高电荷态离子的粒子束。在受控湍流状态下操作离子源允许增加吸收功率密度，并且因此增加由ECR表面包围的放电的密集部分中的体积等离子体能量含量，这导致高电荷状态离子的增强的束电流。我们报告的实验在ECR离子源在JYFL加速器实验室，其中采用一种新的方法，允许增加多电荷离子束电流高达两倍，例如95 $μ$ A的O $^{7+}$实现仅280 W的功率在11.56 GHz。一个理论模型支持和解释的实验结果。这项研究表明，受控湍流制度有可能提高现代高性能离子源的束流，包括最先进的超导设备。
2021-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High Power Vacuum Ultraviolet Source Based on Gasdynamic ECR Plasma
本文报道了在回旋管毫米波强辐射作用下，氢原子电子回旋共振放电等离子体产生真空紫外辐射的实验结果。所考虑的放电的显著特征是高等离子体密度（$10^{13}$ cm $^{-3}$数量级），并且同时具有高电子平均能量（$10 - 300$ eV），这使得可以显著增加通过微波辐射沉积到等离子体中的能量的VUV再发射的效率。在ECR条件下，利用脉冲回旋管辐射$37.5$ GHz / $100$ kW对简单的镜阱中的等离子体进行了加热实验。与Werner带、Lyman带（$160 \pm 10$ nm）和分子连续区（$180 \pm 20$ nm）重叠的Lyman-α线（$122 \pm 10$ nm）的测量体积VUV发射功率分别达到$45$、$25$和$55$ W/cm $^3$。在这三个范围内，在等离子体体积上积分的总绝对辐射功率估计为$22$ kW，即入射微波功率的$22$ %，这与理论预测相匹配。进一步优化的条件下的ECR氢放电持续强大的回旋管辐射提供了一个机会，有效的技术真空紫外光源的千瓦功率级的发展。
2021-11-22 physics.plasm-ph
Caracterización de austenita expandida generada por cementación iónica de aceros inoxidables. Estudio de la estabilidad frente a la irradiación con haces de iones ligeros energéticos
本论文主要研究了等离子体表面改性技术。对奥氏体AISI 316L不锈钢试样在不同的试验条件下进行渗碳处理，研究了渗碳后试样的力学性能（厚度、晶格参数、元素组成、硬度、耐磨性和耐蚀性）。之后，对钢基体进行氮化或渗碳处理，以使用等离子体聚焦装置分析其在离子轰击下的稳定性。氦和氘是在0、1、5和10次放电中使用的气体。使用光学和X射线表征。最后，使用磁控溅射氮化/渗碳样品与AlN薄膜，以研究其在高温下长期处理的稳定性。
2014-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Lightning as a natural accelerator of relativistic particles and a source of synchrotron radiation
本文提出闪电等离子体通道中由反常霍尔效应和自旋-轨道耦合形成涡旋电流的模型，将闪电视为天然粒子加速器，通过同步辐射和回旋辐射产生微波至伽马射线等辐射，并与观测一致。
2024-07-20 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Production of a large diameter ECR plasma for plasma processing
利用新研制的内径为400 mm的大直径放电室，通过电子回旋共振（ECR）放电产生了直径超过300 mm的大直径等离子体。研究发现，在纯氩等离子体中加入氮气后，电子温度降低，认为氮气分子吸收电子能量转化为振动能量，导致电子温度降低。此外，还发现氮气的加入改善了等离子体的均匀性，表明氮气的加入对产生均匀、低电子温度的等离子体是有效的。
2004-10-19 physics.plasm-ph
Diagnostics of hot electrons leaving the ECR plasma sustained by the high-power gyrotron
电子回旋共振（ECR）放电等离子体中电子的能量分布具有复杂的形状，作为各种参数的函数，仍然未知。同时，它也是等离子体的一个重要特性。一些方法和途径给出了估计或测量从等离子体中损失的电子的分布的性质的可能性。其中之一，类似于离子质谱，在这项工作中，获得这样的分布在非经典的连续ECR离子源与高（高达$ 50-100$ W/cm $ ^ 3 $）的能量输入的第一次随着韧致辐射谱。对于某些参数，发现了一个阈值状的制度，其中包括高能电子的爆发，韧致辐射，据推测，动力学不稳定性的发展。
2021-12-31 physics.plasm-ph
Effects of the applied fields' strength on the plasma behavior and processes in ExB plasma discharges of various propellants: I. Electric field
本文利用降阶PIC方案研究外加电场和磁场强度对二维径向-方位角配置下氙、氪、氩无碰撞ExB等离子体放电的影响，发现电场强度决定了由MTSI或ECDI主导的两种不同等离子体状态，并导致电子电流密度径向分布和温度各向异性的变化。
2023-09-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
An ion species model for positive ion sources - part I description of the model
建立了用于强流离子/中性原子束注入器的磁多极体等离子体源的一维模型。该模型使用粒子和能量流的等离子体传输系数来创建沿平行于所提取的光束的轴的等离子体参数的详细描述。该模型主要用于核聚变装置中性束注入系统，主要研究类氢同位素，但通过对相关质量、截面和速率系数的替换，可以推广到任何气体。该模型考虑了快速电离电子的流动，其产生三种类氢同位素离子种类H+、H2 +、H3 +（并且类似地用于氘和氚）的比率，因为它们流向束提取电极，以及通过体积过程产生负类氢离子。在放电中使用详细的能量平衡允许确定处于原子状态的气体密度的分数以及气体温度以及电子温度和等离子体电势。比较的结果之间的模型和实验测量氘从一些不同的灯丝驱动源上使用的束加热设施。
2014-03-24 physics.plasm-ph
Review of LHD-ECRH activities and beyond
National Institute for Fusion Science（国立研究开发法人核融合科学研究所）；Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo（东京大学前沿科学研究生院）；National Institutes for Quantum Science and Technology（国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构）；Chubu University（中部大学）；Kyoto Fusioneering Ltd.（京都聚变工程有限公司）
本文回顾LHD上ECRH系统自1998年至2025年的发展历程，涵盖硬件进步、先进等离子体机制、诊断应用及对下一代螺旋装置CHD和CHD-U的技术贡献。
2026-09-29 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
Overview of EXL-50 Research Progress and Future Plan
Hebei Key Laboratory of Compact Fusion（河北紧凑型聚变重点实验室）；ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技发展有限公司）
EXL-50通过ECRH实现非感应电流驱动，研究高能电子和等离子体参数，计划升级设备以提升性能
2025-02-07 physics.plasm-ph
Benchmarking and validation of global model code for negative hydrogen ion sources
基准测试和验证是使用模拟代码作为预测工具的先决条件。在这项工作中，我们已经开发了一个全球模型负氢离子源（GMNHIS），并进行基准测试的GMNHIS对另一个独立开发的代码，全球增强振动动力学模型（GEVKM）。这是首次对负氢离子源（NHIS）模型进行了全面的基准测试，在电子温度、氢分子振动分布函数（VDF）和n_H^-/n_e比值等方面取得了很好的一致性。负氢离子、正离子以及氢原子的数密度的微小差异可以归因于对于给定放电功率的预测电子数密度的差异。用GMNHIS获得更高的电子数密度可能是由于在GMNHIS中占更少的解离通道，导致更小的能量损失。此外，我们验证了GMNHIS对实验数据中获得的电子回旋共振（ECR）放电用于H^-生产。该模型定性地（甚至在某些条件下定量地）再现了实验的H^-数密度。作为压力的函数的H2数密度首先在低于12毫托的压力下增加，然后在更高的压力下饱和。通过评估不同反应途径对H^-离子产生和损失的贡献，分析了这种依赖性。所开发的程序可用于预测H^-的产生，改善NHIS的性能，并最终优化ITER负离子束流参数。
2018-07-30 physics.plasm-ph
Influence of the magnetic field's curvature on the radial-azimuthal dynamics of a Hall thruster plasma discharge with different propellants
本文通过高保真降阶PIC模拟，研究了磁场曲率对霍尔推力器径向-方位向等离子体放电的影响，发现正负曲率导致不稳定性类型、等离子体性质及离子束发散存在显著差异。
2023-09-01 physics.comp-ph 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
Kinetic whistler instability in a mirror-confined plasma of a continuous ECR ion source
本文研究了在GISMO装置上，在镜面磁阱中连续ECR放电的稠密等离子体中的动力学不稳定性。我们实验定义不稳定的制度和相应的等离子体参数，在那里观察到的电磁发射的激发，伴随着从磁阱的高能电子的沉淀。沉淀电子能量分布和等离子体电磁发射光谱的综合实验研究，连同回旋不稳定性增量的理论估计证明，在实验条件下，所观察到的不稳定性与哨声模式波的激发有关，哨声模式波是从磁阱中损失高能电子的驱动器。本研究的结果对于GISMO ECRIS装置的进一步发展和改进其作为离子源的参数具有重要意义。此外，等离子体动力学不稳定性的研究是根本的兴趣，并提供了实验工具，同时研究等离子体的电磁活动和相应的变化，在共振电子能量分布。
2023-01-11 physics.plasm-ph
Achievement of a record electron temperature for a magnetic mirror device
我们展示了等离子体放电与极高的温度的散装电子在大型轴对称磁镜设备GDT（布德克研究所，新西伯利亚）。根据汤姆逊散射测量，轴上电子温度在几个连续的拍摄平均为660 $\pm$ 50 eV的峰值超过900 eV的几个镜头。这对应于至少三倍的增长相比，以前的实验都在GDT和其他类似的机器，从而证明了最大准静态（~1毫秒）的电子温度在开放陷阱实现。除了中性束的标准加热外，还应用了复杂的电子回旋共振加热，这一突破成为可能。与以前的实验，证明了高密度等离子体约束与$β\approx$ 60%，电子温度的报告增加，提供了一个坚实的基础外推到开放的磁系统的融合相关的应用。
2014-11-23 physics.plasm-ph
Effects of the applied fields' strength on the plasma behavior and processes in ExB plasma discharges of various propellants: II. Magnetic field
本文利用降阶PIC模拟研究了磁场强度对氙、氪、氩推进剂ExB等离子体放电的影响，发现磁场强度变化引发MTSI与ECDI的不同共存状态，并揭示了轴向电子电流密度与电子温度各向异性的分布特征。
2023-09-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Extension and its characteristics of ECRH plasma in the LHD
LHD的主要目标之一是扩展螺旋系统的等离子体约束数据库，并证明这种扩展的等离子体约束特性在稳态下是持续的。在各种等离子体参数区域中，无碰撞区域中的约束性质的研究尤为重要。电子回旋共振加热（ECRH）已被广泛用于这些约束研究的LHD等离子体从最初的操作。系统优化，包括修改的传输和天线系统进行了特别强调的局部加热性能。其结果是，中心电子温度超过10 keV的电子密度为0.6 × 10 $^{19}$ m $^{-3}$附近的磁轴。电子温度分布的特点是由一个陡峭的梯度类似于在托卡马克和仿星器中观察到的内部传输势垒。168 GHz ECRH系统在超过1.0 x 10 $^{20}$ m $^{-3}$的密度下表现出有效的加热。连续ECRH系统成功运行，维持756 s放电.
2004-10-24 physics.plasm-ph
Study of plasma heating in ohmically and auxiliary heated regimes in spherical tokamak Globus-M
利用12通道中性粒子分析仪（NPA）ACORD-12研究了球形托卡马克Globus-M（长径0.36 m，短径0.24 m，环面纵横比1.5，轴向环形磁场0.4 T，等离子体电流0.3 MA）等离子体核心的离子温度行为。实验在欧姆制度，以及在制度与离子回旋共振加热（ICRH）在氘体等离子体和中性束注入（NBI）中的氢少数的基波附近。总厂用电量超过0.8-1兆瓦。NPA提供了氘和氢能谱的同时测量以及两种同位素的百分比。在等离子体电流为0.08- 0.3MA、等离子体平均密度为（1-7）× 10 ~（19）m ~（-3）、等离子体垂直延伸率和等离子体三角形度不同的范围内，研究了离子温度。将实验数据与数值模拟结果进行了比较。我们采用了一个简单的一维模型描述的离子能量平衡，通过使用新古典输运系数。还考虑到汇兑损失。实验测得的离子温度对等离子体电流和等离子体密度的依赖性不同于Artsimovich标度律的预测，以及描述的离子加热的情况下，在传统的托卡马克的新古典平台制度，即使在一个相对较低的温度在欧姆等离子体。特别是强烈的，几乎线性的等离子体电流温度依赖性被揭示。这表明在低纵横比的离子能量平衡中，被捕获的粒子起着主导作用。文中还给出了在欧姆加热和辅助加热条件下由磁测量得到的能量约束时间的估计。
2004-10-20 physics.plasm-ph
New high-confinement regime with fast ions in the core of fusion plasmas
本工作的主要结果是理论预测和观察到了聚变等离子体中一种新型的输运势垒F-ATB（快离子诱导的反常输运势垒）的形成。正如通过最先进的全球静电和电磁模拟所证明的那样，F-ATB的特征在于完全抑制湍流传输-由强烈剪切的轴对称$E \times B$流引起-以及新古典对应物的增加，尽管保持总体通量在显著降低的水平。的触发机制被证明是一个主要的超热粒子之间的静电共振相互作用，通过离子回旋共振加热，等离子体微湍流。这些发现是通过ASDEX升级放电$\#36637$的现实模拟获得的-适当设计，以最大限度地发挥波粒子共振相互作用的有益作用-它表现出预期的性能，改善高能粒子产生的约束。
2021-06-08 physics.plasm-ph
Faraday shield dissipation in the drivers of SPIDER based on electromagnetic 3D calculations
本文利用 SPIDER 射频场的三维电磁计算，量化有/无静态磁过滤场时铜制法拉第屏蔽侧壁的功率耗散，发现其吸收约 50% 可用功率，并指出改善输运约束可提升效率。
2024-09-09 physics.plasm-ph
Investigation of the influence of electrostatic excitation on instabilities and electron transport in ExB plasma configurations
本研究通过一维和二维粒子模拟探讨了在ExB等离子体构型中施加轴向时变电场对ECDI等不稳定性演化和电子交叉场输运的影响，发现约40 MHz激发可降低ECDI振幅并减少约30%的电子输运，为提升等离子体约束提供了新途径。
2025-04-03 physics.plasm-ph
Observation of whistler wave instability driven by temperature anisotropy of energetic electrons on EXL-50 spherical torus
该研究在EXL-50球形环ECW稳态等离子体中观测到30–120 MHz哨声波，并通过LHW与ECW协同抑制证实其由高能电子温度各向异性驱动。
2023-07-13 physics.plasm-ph
Difference in Neoclassical Edge Flows Between Strongly Negative and Positive Triangularities in the XGC Gyrokinetic Simulation
本研究利用XGC代码比较强负与正三角形度等离子体的新经典边缘流，发现氘核与碳旋转差异及X点轨道损失差异，并强调边缘湍流在验证中的重要性。
2025-10-06 physics.plasm-ph
Solenoid-free current drive via ECRH in EXL-50 spherical torus plasmas
Hebei Key Laboratory of Compact Fusion（河北聚变紧凑实验室）；Enn Science and Technology Development Co., Ltd（新奥科技发展有限公司）
EXL-50实验通过ECRH实现无需螺旋线的电流驱动，利用高能电子维持高电流放电，验证了低长宽比磁约束对等离子体平衡的作用。
2022-03-30 physics.plasm-ph
Theoretical analysis of energetic-ion-driven resistive interchange mode stabilization strategies using a Landau closure model
本研究的目的是进行理论分析的不同策略，以稳定高能离子驱动的电阻交换模式（EIC）在LHD等离子体。我们使用一个减少的MHD的热等离子体耦合的高能粒子（EP）物种的回旋流体模型。通过修改漂移频率引入螺旋陷波EP分量，以包括其进动漂移。实验观察到的1/1 EIC相对于热等离子体密度和温度的稳定化趋势再现的模拟，显示出合理的协议与数据。确定了具有稳定1/1 EIC的LHD操作场景，如果热等离子体密度和温度高于给定阈值，则导致1/1 EIC稳定。1/1 EIC也是稳定的，如果旋转变换被修改的方式，1/1有理表面位于进一步远离0.9倍的归一化半径，或在等离子体周边的磁剪切增强。此外，LHD放电与大磁场表现出较高的EIC不稳定阈值相对于热等离子体密度。如果垂直NBI沉积区域进一步向内移动超过归一化半径的0.875倍，则1/1 EIC也稳定。此外，增加垂直NBI电压使得EP能量高于30 keV稳定了1/1 EIC。此外，氘等离子体显示出比氢等离子体更高的1/1 EIC稳定性阈值。实验数据显示，当切向NBI的功率增加时，在垂直NBI功率至少为13 MW时，EIC事件之间的时间间隔更大。这意味着切向NBI的稳定效果。
2020-10-08 physics.plasm-ph
Self-consistent modelling and qualitative comparison of mildly relativistic runaway electron dynamics with a closed flux surface formation model during tokamak startup
Korean Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
本文提出了一种用于轻微相对论性失控电子的简化动能模型，并与KSTAR ohmic启动期间观测到的辐射特性进行定性比较，改进了失控电流的预测并考虑了早期燃烧期间初始失控种子的部分平行约束。
2026-08-04 physics.plasm-ph
Hollow toroidal rotation profiles in strongly electron heated H-mode plasmas in the ASDEX Upgrade tokamak
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Department of Applied Physics and Applied Mathematics, Columbia University（哥伦比亚大学应用物理与应用数学系）；VTT（芬兰技术研究中心VTT）
本研究探讨了ASDEX升级托卡马克中强电子回旋共振加热条件下I型ELMy H模式等离子体环形动量输运特性，发现强电子加热下空心旋转剖面的形成机制，揭示了内在扭矩与向内对流对维持有利旋转剖面的重要性。
2026-04-01 physics.plasm-ph
Hydrogen Inventory Simulations for PFCs (HISP)
Plasma Science and Fusion Center, MIT（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；CEA, IRFM（法国原子能和替代能源委员会，核聚变研究集成设施）
HISP工具通过FESTIM模拟等离子体面对组件中氢同位素库存的演变，评估了在ITER中氚去除策略的效率，发现烘焙是最有效的去除方法，可显著降低氚库存。
2026-04-06 nucl-ex physics.plasm-ph
Torsional Alfven Oscillation in the Regime of Firehose Instability as a Mechanism of Plasma Stratification in a Laboratory Experiment on Modeling a Coronal Arch
A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院阿·瓦·加蓬诺夫-格列霍夫应用物理研究所）；Lobachevsky University（罗巴切夫斯基大学）
实验室实验中通过火舌不稳定性 regime 激发反扭阿尔文振荡，导致等离子体分层现象，揭示了等离子体在磁场中的分布机制。
2024-12-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
