Micro-tearing modes in the Mega Ampere Spherical Tokamak
最近的回旋稳定性计算表明，球形托卡马克是容易撕裂宇称不稳定性的长度尺度的几个离子拉莫尔半径垂直于磁场线。在这里，我们调查这种“微撕裂”模式更详细地揭示其关键特征，并将其与现有的理论模型的现象。这已经完成了使用一个完整的数值解的线性回旋麦克斯韦方程组。重要的是，不稳定性被发现是由文献中所描述的电子温度梯度中的自由能驱动的。然而，我们的计算表明，它不会受到以前理论模型中提出的任何一种不稳定机制的影响。相反，不稳定性是不稳定的相互作用与磁漂移，和静电势。进一步的计算表明，该模式是不显着不稳定的通量表面成形或大的捕获粒子分数存在于球形托卡马克。在球形托卡马克等离子体中，由于等离子体的β值较高，磁场的漂移因等离子体的曲率半径较小而增强。
2011-10-14 physics.plasm-ph
Runaway dynamics in reactor-scale spherical tokamak disruptions
了解逃逸电子的产生和缓解中断是重要的安全运行的未来托卡马克。本文研究了反应堆尺度球形托卡马克中的逃逸动力学。我们研究了失控发电的严重性，以及典型的缓解计划的基础上，大量的材料注入失控生产的影响。该研究使用数字框架DREAM（破坏失控电子分析模型）进行。我们发现，在许多情况下，缓解策略是必要的，以防止失控电流达到多兆安培的水平。我们的研究结果表明，与适当选择的氘氖混合物的缓解，它是可以实现一个可容忍的失控电流和欧姆电流演变。然而，在这样的参数下，大部分热能损失通过径向传输而不是辐射发生，这造成不可接受的局部热负荷的风险。
2022-08-03 physics.plasm-ph
Micro-tearing modes in spherical and conventional tokamaks
利用陀螺仪对球形托卡马克（NSTX）和常规托卡马克（ASDEX-UG和JET）的微撕裂模（MTM）进行了局部线性陀螺动力学模拟研究[J. Candy和E. Belli，General Atomics Report GA-A26818（2011）]。对于实验相关的核心等离子体参数在NSTX和ASDEX-UG托卡马克，与以前的工作，我们发现MTM作为主导的线性不稳定性。此外，在我们的研究中，MTM被认为是最不稳定的模式，为射流样的核心参数。在所有这些等离子体中，需要有限的碰撞MTM变得不稳定和电子温度梯度被发现是根本的驱动。然而，一个显着的差异，观察到的线性生长速率的依赖性的MTMs的电子温度梯度。虽然它在JET和ASDEX-UG等离子体中变化微弱且非单调，但在NSTX中它随电子温度梯度而增加。
2013-01-07 physics.plasm-ph
Hot-Ion Modes in Globus-M2 and Saturation of Energy Confinement Time Scaling in Spherical Tokamaks with Toroidal Magnetic Field of 1 T and Above
本研究在Globus-M2球形托卡马克中实现离子高温加热，发现环向磁场从0.5 T升至1 T时约束显著改善，但结合ST40实验表明更高磁场下热绝缘提升将饱和。
2025-09-02 physics.plasm-ph
A Proposed Experiment to Study Relaxation Formation of a Spherical Tokamak with a Plasma Center Column
利用螺旋箍缩等离子体的驱动磁弛豫，可以形成具有等离子体中心柱（PCC）的球形托卡马克（ST）。ST-PCC原则上可以消除与材料中心柱相关的许多问题，这是ST反应器概念的关键弱点。这项工作总结了ST-PCC在通量放大、纵横比和伸长率方面的设计空间，基于Tang和Boozer的零β泰勒松弛分析[Phys. Plasmas 13，042514（2006）]。本文将讨论（1）ST-PCC的平衡和稳定性，（2）工程设计的问题，以及（3）拟议的ST-PCC和意大利正在进行的Proto-Sphera工作之间的主要区别。
2006-05-19 physics.plasm-ph
Excitation of Large-ktheta Ion-Berstein Waves in Tokamaks
模式转换的离子伯恩斯坦波在托卡马克中激发，表现出一定的非常有趣的行为，包括实现非常小的极向相速度，极向方向的反转，和上下不对称的传播和阻尼。由于这些效应，这种波有望将{ $α$ -粒子}能量引导到离子，这将使托卡马克聚变反应堆比目前设想的更具吸引力。
1995-02-28 physics.plasm-ph plasm-ph
Two-fluid and magnetohydrodynamic modelling of magnetic reconnection in the MAST spherical tokamak and the solar corona
扭曲磁通量绳普遍存在于空间和实验室等离子体中，通过磁重联使这种磁通绳合并是重组磁场和释放自由磁能的重要机制。并合压缩方案是一种可能的球形托卡马克启动方案，已在Mega托卡马克球形托卡马克MAST上得到应用。两个载流的等离子体环或通量绳通过它们的同类电流的相互吸引而彼此接近，并通过磁重联合并成一个单一的等离子体环，并伴随着大量的等离子体加热。报道了该过程的二维电阻MHD和Hall MHD模拟，并给出了离子和电子温度分布的新结果。还描述了基于松弛理论的模型，该模型现在被扩展到紧纵横比几何。该模型允许预测最终的合并状态和加热。的太阳日冕加热的松弛模型的影响进行了讨论，并提出了一个模型的合并两个或多个扭曲的日冕通量绳，允许不同的意义上的扭曲。
2015-07-27 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
A Doppler backscattering diagnostic for the EXL-50U spherical tokamak: plasma considerations and preliminary quasioptical design
A*STAR Research Entities（新加坡科学研究局）；Imperial College London（帝国理工学院）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；UCLA（加州大学洛杉矶分校）；ENN Science & Technology Development Co., Ltd（新奥科技发展有限公司）
本文提出EXL-50U球面托卡马克的多普勒反向散射诊断概念设计，通过SCOTTY代码预测截止点位置及散射波数，确定最佳环向发射角度以最大化反向散射信号，适用于高磁 pitch角的等离子体研究。
2026-04-20 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic stability of a high $β$ non-inductive spherical tokamak
球形托卡马克（ST）已被证明具有理想的性能，如实现高等离子体聚变发电厂？并且具有增加的垂直稳定性。为了了解高$β$ ST聚变反应堆概念设计中可能预期的约束特性，使用局部线性回转动力学分析了1GW ST等离子体平衡，以确定出现的微不稳定性类型。动力学气球模式（KBM）和微撕裂模式（MTM）被发现是占主导地位的不稳定性。确定这些线性模式的参数依赖性，并根据获得的见解，调整平衡以找到在$θ_0$ = 0：0时对所有微观不稳定性略微稳定的状态。这项工作确定了最重要的微观不稳定性，预计产生湍流输送高$β$ ST。这些模式的影响必须忠实地捕捉到基于第一原理的减少模型的异常运输，需要预测模拟。
2021-08-25 physics.plasm-ph
Slow dynamo modes in compact Riemannian plasma devices from Brazilian spherical tokamak data
由于柯林反发电机定理自然地适用于轴对称装置和流动，在球马克等离子体装置实验中经常发现反发电机模。本文充分考虑了无边界紧致黎曼等离子体装置（如托卡马克、仿星器和扭转加速器）中慢发电机模的存在性。研究表明，衰减模式磁场作用下的扰动无扭流能够产生一种缓慢的有扭发电机等离子体流，其中无扰流也是一种定常流。当获得高雷诺磁数$Rm$的慢发电机极限时，未扰动的等离子体流达到平衡，如在spheromak。从国家空间研究所的巴西球形托卡马克获得的纵横比数据和其他数据被用来获得慢发电机作用的磁场的最大磁增长率的数值估计，即对于环形初始磁场$B_{0}\approx{0.4T}$和纵横比数据为1.5的托卡马克的$γ_{1max}\approx{\frac{0.26}{a}{\times}\frac{v_{1θ}}{B_{1s}}}$。对于$a\approx{0.2m}$的托卡马克内半径，得到慢发电机的最大增长率为$γ_{1max}\approx{1.3{\times}\frac{v_{1θ}}{B_{1s}}}$，其中$v_{1θ}$是极向扰动扩散流。安全因子由$q\approx{-1}$给出，它是$q<1$，表示球形托卡马克等离子体的稳定性。
2009-02-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Full orbit simulations of collisional impurity transport in spherical tokamak plasmas with strongly-sheared electric fields
利用试验粒子全轨道模拟程序，研究了强剪切径向电场作用下球形托卡马克等离子体中试验杂质离子的碰撞动力学。剪切的强度使得标准的漂移顺序不再能够被假定，并且需要全轨道方法。径向电场剪切对新古典粒子输运的影响是量化的测试粒子的质量和电荷数和电场参数的范围。它示出的剪切电场的效果是提高约束的杂质物种以上的水平观察到的情况下，这样的字段。这种效应可以用碰撞拖曳力漂移来解释，它与粒子电荷数成正比，但与粒子质量无关。这种漂移作用向内的负径向电场和向外的正字段，这意味着强烈增强的约束的高度电离的杂质离子在一个负的径向电场的存在。
2011-06-10 physics.plasm-ph
Bi-directional Alfvén Cyclotron Instabilities in the Mega-Amp Spherical Tokamak
在MAST超阿尔文NBI实验中，研究了在~0.34 T ~~0.585 T的宽环形磁场范围内，高能束离子速度梯度激发的阿尔文回旋不稳定性.在具有高磁场的MAST放电中，在子回旋频率范围内的模式的离散谱被激励成与束流和等离子体电流相反的环形传播（环形模式数n < 0）。
2014-04-25 physics.plasm-ph
Kinetic study of plasma current start-up under EBW power in tokamak plasmas
电子伯恩斯坦波（EBW）辅助托卡马克等离子体电流启动已在许多实验中得到成功的证实。动态启动阶段涉及场拓扑的变化，因为初始开放的磁场线在等离子体电流的启动下形成闭合的通量表面（CFS）。这种场拓扑结构的变化将带来电流驱动（CD）机制的变化，虽然已经提出了各种机制来解释CFS的形成，但以前没有进行详细的理论研究。在这里，我们报告的EBW辅助等离子体电流启动MAST的启动模型的发展。结果表明，碰撞是负责只有一小部分的CD，而开放的磁场线配置导致电子的非对称约束，这是负责CD的更大的一部分。
2017-05-18 physics.plasm-ph
Electron kinetics inferred from observations of microwave bursts during edge localised modes in the Mega-Amp Spherical Tokamak
最近对托卡马克等离子体边缘局域模（ELM）活动期间微波和X射线发射的测量为ELM物理提供了一个新的视角。很明显，电子动力学，这是不纳入标准（流体）模型的不稳定性，驱动ELMs，在新的观察中发挥了关键作用。这些影响应纳入未来的生态系统模型和生态系统循环模型。所观察到的辐射效应矛盾地意味着平行于磁场的电子加速与垂直动量的快速获取相结合。结果表明，这个悖论可以解决的异常多普勒不稳定性，使快速集体辐射弛豫的行动，在垂直方向上，在平行方向上加速的电子由感应电场产生的初始ELM不稳定性。
2014-11-04 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
Gaussian Process Regression models for the properties of micro-tearing modes in spherical tokamak
本文利用高斯过程回归和分类构建代理模型，在球形托卡马克反应堆相关参数空间中高效预测微撕裂模的线性性质，以降低计算成本并支持集成建模。
2023-11-14 physics.plasm-ph
Prediction of ELM-free Operation in Spherical Tokamaks With High Plasma Squareness
本文预测球形托卡马克中高等离子体方形度可通过使第一稳定台基远离剥离-气球模边界而实现无ELM的H模，并用仅需三个几何输入的随机森林模型以R²=0.965的高精度预测了稳定性邻近程度。
2025-05-05 physics.plasm-ph
The effects of resonant magnetic perturbations and charge-exchange reactions on fast ion confinement and neutron emission in the Mega Amp Spherical Tokamak
非轴对称共振磁微扰（RMP）在兆磁球形托卡马克（MAST）低电流等离子体中的应用被发现与中子产生的大幅下降相关，表明快离子约束的显著退化。这种扰动对MAST中快离子的影响已经使用非稳态轨道跟踪蒙特卡罗代码（NSS OFMC）的修订版本进行了建模，其中聚变反应速率的参数化已被更新，中子速率已被重新计算。通过与背景中性粒子的电荷交换（CX）和随后的再电离的快速中性粒子由于与散装等离子体粒子碰撞的快速离子的损失也被考虑在内。在建模中纳入了血浆对外部施用RMP反应的影响。更新后的结果表明，在RMP的存在下，考虑到等离子体响应和CX反应的计算中子速率与整个分析目标时间的实验数据非常吻合。CX反应在确定中子速率方面起着重要作用，特别是在RMP开始之前。
2018-06-15 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
Gyrokinetic Simulations for Spherical Tokamak Divertor Design
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Institute for Fusion Studies, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校聚变研究所）
开发回旋动理学代码Gkeyll模拟球形托卡马克低再循环模式，证明无需锂偏滤器板即可实现高SOL温度和低SOL密度，并揭示动理学效应可降低偏滤器峰值热通量、限制杂质污染。
2026-05-21 physics.plasm-ph
First Plasma Commissioning and Operational Highlights from India's First Spherical Tokamak at IPR
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
印度IPR建成首个球形托卡马克，完成集成调试与线圈测试，开展首次等离子体实验，为低成本研究低纵横比托卡马克相关物理与技术提供平台。
2026-08-27 physics.plasm-ph
Subcritical Turbulence in the Mega Ampere Spherical Tokamak
托卡马克等离子体的湍流传热是限制聚变堆性能的主要机制。湍流可以由离子温度梯度（ITG）驱动，并由环形剪切流抑制。试图理解湍流的数值模拟对于指导未来反应堆的设计至关重要。我们研究离子尺度湍流通过陀螺动力学模拟在兆安培球形托卡马克（MAST）的外核。我们在ITG和流动剪切的值中执行参数扫描。我们表明，非线性模拟再现实验离子热通量和ITG和流动剪切的实验值位于接近湍流阈值。我们证明了该系统是亚临界存在的流动剪切，即，该系统形式上是稳定的，但是在给定足够大的初始扰动的情况下，该系统过渡到湍流状态。我们提出了一个方案的过渡到湍流先前未报告的托卡马克等离子体：接近阈值，等离子体是由一个低数量的相干长寿命结构为主，作为系统被带离阈值到更不稳定的制度，这些结构的数量增加，直到他们填补域和更传统的湍流出现。我们对我们的模拟与MAST BES诊断的密度波动实验测量之间的相关性进行了比较。我们应用综合诊断我们的模拟数据，并找到合理的协议的相关性模拟和实验湍流，最显着的相关时间。我们表明，湍流的性质本质上是离子热通量的函数。我们发现，湍流接近阈值的流动剪切的强烈影响，而远离阈值，湍流类似于传统的ITG驱动的制度。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Ray-tracing Analysis for Cross-polarization Scattering Diagnostic on MAST-Upgrade Spherical Tokamak
本文利用修改后的GENRAY三维射线追踪代码分析MAST-U的DBS/CPS诊断，模拟光束传播并依据波矢匹配评估CPS在L模、H模等离子体中可探测的磁湍流波数范围。
2021-05-20 physics.plasm-ph
HIPED: Machine Learning Framework for Spherical Tokamak Pedestal Prediction and Optimization
本文提出机器学习框架HIPED，通过预测台基高度与宽度并利用多目标优化方案，系统指导球形托卡马克实验中芯部与边缘性能的优化。
2025-04-28 physics.plasm-ph
Reinforcement learning for vertical position control on the EXL-50U spherical tokamak
Beijing ENN Fusion Energy Science and Technology Co., Ltd.（北京恩诺聚变能源科技有限公司）；Beijing Key Laboratory of High Magnetic Field Spherical Torus Fusion Energy（北京市高磁场球形托卡马克聚变能重点实验室）；Hebei Key Laboratory of Compact Fusion（河北省紧凑型聚变重点实验室）；School of Nuclear Science and Engineering, East China University of Technology（华东理工大学核科学与技术学院）；Institute of Robotics and Automatic Information System, Nankai University（南开大学机器人与自动化信息系统研究所）；Key Laboratory of Materials Modification by Beams of the Ministry of Education, School of Physics, Dalian University of Technology（大连理工大学物理学院教育部 beam 材料改性重点实验室）；Dalian University of Technology（大连理工大学）
本研究针对EXL-50U球形托卡马克开发了基于强化学习的垂直位置控制框架，经仿真和实验验证，其跟踪精度与PID相当且执行器工作量更低，为聚变控制系统提供了实用路径。
2026-08-24 physics.plasm-ph
Photodiode based multi-modal diagnostic for low-energy neutral beam injection in the LTX-$β$ spherical tokamak
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出了一种紧凑型基于光电二极管的诊断阵列，用于研究LTX-β球形托卡马克中的低能中性束注入。该诊断系统结合了滤波软X射线(SXR)、窄带Lyman-α和未滤波AXUV光电二极管行，通过部分重叠且几乎重合的切向视图来观察等离子体，包括中性束路径。这种几何结构能够同时敏感地检测到束诱导的SXR发射、与回流、快速中性粒子和燃料相关的中性氢线辐射，以及宽带发射，包括直接中性粒子从快速离子电荷交换损失。初始测量显示在12-20 keV氢束操作中，所有三种模式的探测器响应都具有束同步响应。未滤波AXUV信号表现出毫秒级的上升和下降时间，远慢于探测器响应，且在不同视线上变化，并依赖于锂条件化历史。与经典减速时间估计的比较表明，与背景中性粒子的电荷交换对测量衰减有显著贡献。该诊断可用于约束前向模型以估算小型托卡马克中束加热和燃料补充的时间分辨平衡。
2026-09-09 physics.plasm-ph
Gaussian process surrogate models for the properties of micro-tearing modes in spherical tokamaks
针对球形托卡马克中微撕裂模式，利用高斯过程回归和分类构建代理模型，并通过聚类与专家混合方法改进模型方差，以高效探索参数空间。
2024-03-14 physics.plasm-ph
Two-fluid simulations of driven reconnection in the Mega-Ampere Spherical Tokamak
在等离子体启动的合并压缩方法中，在容器内极向场线圈周围形成两个具有平行环向电流的磁通绳，然后合并形成球形托卡马克等离子体。这种启动方法，用于兆安培球形托卡马克（MAST），研究了高伦德奎斯特数和低等离子体β磁重联实验。在本文中，二维流体模拟，以了解潜在的物理过程，并更好地解释实验数据。这些模拟研究的个人和合并的影响，紧纵横比几何和双流体物理合并。理想的自驱动磁通绳动力学耦合到扩散层物理，导致大范围的现象。对于电阻性MHD模拟，通量绳进入标准化电阻率eta <1 E-5的晃动状态。在霍尔-MHD三个制度被发现的定性行为的电流片，取决于电流片宽度的离子声半径的比率。这些是一个稳定的碰撞制度，一个开放的X点制度，和一个中间制度，是非常不稳定的撕裂型不稳定性。在环形轴对称几何中，合并后的最终态是具有嵌套通量面的MAST类球形托卡马克。它还表明，模拟的1D径向密度分布的演变非常类似于汤姆逊散射电子密度测量MAST。根据环形霍尔-MHD模拟的结果，提出了一个直观的解释测量的密度结构的起源。
2013-08-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Divertor heat fluxes and profiles during mitigated and unmitigated Edge Localised Modes (ELMs) on the Mega Amp Spherical Tokamak (MAST)
边缘局部模式（ELM）是未来设备的一个问题，因为它们会限制偏滤器的运行寿命。ELMs的缓解可以通过应用共振磁扰动（RMP）来执行，共振磁扰动的作用是降低等离子体边缘的压力梯度。在等离子体范围内，使用环形模数n=3，4和6的扰动，已进行了调查的影响，RMP MAST。已经看到，RMP增加ELM频率，这引起ELM能量的相应降低。减少的ELM能量降低了到偏滤器的峰值热通量，ELM能量减少三倍，产生峰值热通量减少1.5倍。偏滤器热通量剖面的测量结果表明，撞击点分裂的证据与使用真空代码ERGOS的建模一致。
2013-06-27 physics.plasm-ph
Fast-Ion Deuterium Alpha spectroscopic observations of the effects of fishbones in the Mega-Ampere Spherical Tokamak
利用新安装的快离子氘α谱仪（FIDA），研究了低频（20-50 kHz）环形模数为n \geq 1的啁啾高能粒子模对MAST等离子体中快离子布居的影响。从FIDA诊断的结果，并讨论了这些模式，被称为鱼骨，在等离子体中的反向剪切光的理论认识。快离子人口的测量结果显示，在真实的和速度空间的鱼骨的结果，快速离子的强重新分配。在鱼骨演化过程中的时间分辨测量显示，快离子的径向重新分布，其能量高达初级束注入能量的95%。在有限范围的操作场景中观察到FIDA信号的变化与磁场扰动的峰值时间导数之间的相关性。在某些情况下，由鱼刺引起的信号的瞬时减小可达到模式开始之前的信号强度的50%。
2013-04-24 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
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
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
Recent Developments in Bayesian Inference of Tokamak Plasma Equilibria and High-Dimensional Stochastic Quadratures
本文介绍了以力平衡为先验约束的托卡马克平衡贝叶斯推断的最新结果和技术突破。围绕模型参数表示和后验分析的问题进行了讨论和解决。这些观点激发了贝叶斯平衡分析和模拟工具（BEAST）软件的最新进展，该软件目前用于研究英国兆安培球形托卡马克（MAST）实验的平衡（von Nessi \emph{et. al.} 2012 \emph{J. Phys. A} \textbf{46} 185501）。国家的最先进的结果，使用BEAST研究MAST均衡进行了审查，与最近的代码进展被系统地提出，虽然出的手稿。
2014-05-24 physics.plasm-ph
Measurement of high-k density fluctuation wavenumber spectrum in MAST and Doppler backscattering for spherical tokamaks
MAST首次测量了密度波动的高k（$7 \lesssim k_{\bot} ρ_i \lesssim 11$）波数谱[B. Lloyd等人，Nucl.Fusion 43，1665（2003）]。这是第一次实现多普勒后向散射（DBS）的核心测量在球形托卡马克。DBS已经成为一种成熟的和通用的诊断技术，用于测量磁约束聚变实验中的中间k（$k_{\bot} ρ_i \sim 1$和更高）密度波动和流动。一个新的实现与2D转向是必要的，使DBS测量MAST，其中大的磁场俯仰角提出了一个挑战。我们报告的散射考虑和光线跟踪计算用于优化设计和目前的数据证明测量能力。初步结果证实的设计和实施方法的适用性，显示出强烈的依赖性的散射对准环形发射角。我们还提出了DBS等离子体速度测量与电荷交换重组和束发射光谱测量的比较，这表明合理的协议，在大多数的小半径，但意味着大极向流接近磁轴的放电与内部传输屏障。示出的2D转向，使高k测量与DBS，在$k_{\bot}>20\ \mathrm{cm}^{-1}$（$k_{\bot} ρ_i>10$）的发射频率小于75 GHz的，这种能力是用来测量湍流的波数谱，我们发现$|n(k_{\bot})|^2 \propto k_{\bot}^{- 4.7 \pm 0.2}$的$k_{\bot} ρ_i \approx 7-11$，这是类似的期望的湍流动力学级联的$|n(k_…
2015-02-10 physics.plasm-ph
Reducing turbulent transport in tokamaks by combining intrinsic rotation and the low momentum diffusivity regime
本研究提出结合上下不对称磁面塑形与低动量扩散率区，利用内禀动量通量产生强流动剪切，从而降低球形托卡马克湍流能量输运并提升临界梯度。
2025-06-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Observer-Based Model Predictive Control for Isoflux Regulation in the EXL-50U Spherical Tokamak
Institute of Robotics and Automatic Information System, Nankai University（南开大学机器人与自动化信息研究所）；Beijing ENN Fusion Energy Science and Technology Co., Ltd.（北京新奥聚变能源科技有限公司）
针对EXL-50U球形托卡马克，提出基于观测器的约束模型预测控制，通过模型降维和高效计算实现电流与等磁通联合调节，误差低于PID和LQR，计算时间小于1毫秒。
2026-09-29 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
First data and preliminary experimental results from a new Doppler Backscattering system on the MAST-U spherical tokamak
本文介绍了一种安装在MAST-U球形托卡马克上的新型Q波段和V波段多普勒背散射系统，该系统通过共享光学前端和可远程控制的准光学组件实现了大范围湍流波数和径向位置的测量，首批数据验证了其稳健的等离子体速度剖面测量能力。
2023-09-11 physics.plasm-ph
$E\times B$ shear suppression of microtearing based transport in spherical tokamaks
本研究探究球形托卡马克中$E\times B$剪切流对微撕裂模（MTM）饱和的影响，发现磁剪切通过改变MTM增长率随气球模角的分布决定抑制效果，安全因子剖面起关键作用。
2024-09-12 physics.plasm-ph
Constructing Field Aligned Coordinate Systems for Gyrokinetic Simulations of Tokamaks in X-point Geometries
提出一种避免磁X点奇点的算法，用于在标准磁场对齐坐标系中计算几何量，实现托卡马克核心区与刮削层的2D轴对称模拟，并通过STEP示例验证有效性。
2025-11-02 physics.plasm-ph
Development of a Reduced Multi-Fluid Equilibrium Model and Its Application to Proton-Boron Spherical Tokamaks
ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（恩能科技发展有限公司）；School of Physics, Dalian University of Technology（大连理工大学物理学院）；Southwestern Institute of Physics（西南核物理与化学研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）；Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Fusion Energy and Nuclear Waste Management Plasmaphysik（于利希有限公司聚变能与核废料管理等离子体物理研究所）
本文开发了简化多流体平衡模型，用于质子-硼球形托卡马克，揭示了离子马赫数对平衡状态的影响，为反应堆设计提供理论支持。
2026-02-09 physics.plasm-ph
Neutral particle analyzer for plasma diagnostics on tokamak ST40
本文介绍了为球形托卡马克ST40设计制造的中性粒子分析仪，可测量0.5-10 keV体离子温度与40 keV以下快离子能量分布，还能分离氢同位素并测量所选同位素的离子分布函数。
2025-02-19 physics.ins-det physics.plasm-ph
Experimental observations of bifurcated power decay lengths in the near Scrape-Off Layer of tokamak plasmas
在ST40球形托卡马克上观测到刮削层功率衰减长度分叉为宽窄两组，窄组与磁涨落抑制相关，表明电磁湍流水平降低。
2024-05-23 physics.plasm-ph
A kinetic study of microwave start-up of tokamak plasmas
本文提出了一个研究微波启动分布函数随时间演化的动力学模型。分布函数的模型在动量空间中是二维的，但是为了简单和快速计算，没有空间依赖性。在Mega-100球形托卡马克上的实验表明，等离子体电流主要由能量大于$70$ keV的电子携带，并且包括了在这些实验中被认为是重要的效应，即粒子源、轨道损失、回路电压和微波加热，在必要时进行适当的体积平均以给出与空间维度无关的项。该模型预测电子携带的电流与实验中推断的能量相同，尽管电流驱动效率较小。
2017-04-03 physics.plasm-ph
Application of interpretable machine learning for cross-diagnostic inference on the ST40 spherical tokamak
针对机器学习“黑盒”模型缺乏可解释性限制其在高风险领域应用的问题，提出一种将其参数化为“灰盒”模型的方法，并应用于ST40球形托卡马克的等离子体诊断，实现了跨架构的模型解释直接比较。
2024-07-26 physics.app-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Kinetic instabilities that limit β in the edge of a tokamak plasma: a picture of an H-mode pedestal
利用巨磁球形托卡马克（MAST）重建的等离子体平衡具有足够的分辨率来捕捉等离子体在边缘局域模（ELM）之间的短时间内的演化。紧接着ELM之后，压力P和密度ne的陡梯度在分界线附近形成了裂缝，然后它们扩展到核心。本地陀螺动力学分析的ELM周期揭示了占主导地位的微观不稳定性在垂直波长的离子拉莫尔半径的顺序。这些是基座中的动力学气球模式（KBM）和靠近基座顶部的核心中的微撕裂模式（MTM）。不断发展的增长率谱，支持使用人工局部平衡扫描的陀螺动力学分析，提出了一个新的物理图片的形成和逮捕这个基座。
2012-05-14 physics.plasm-ph
Electromagnetic full-$f$ gyrokinetics in the tokamak edge with discontinuous Galerkin methods
对长波长极限下的全$f$电磁陀螺动力学系统提出了一种能量守恒的间断Galerkin格式。我们使用辛公式和直接求解$\partial A_\parallel/\partial t$，平行电场的电感分量，使用直接从陀螺运动方程推导出的广义欧姆定律。线性基准进行验证的实施，并表明该计划避免了安培取消的问题。我们进行了非线性电磁模拟的螺旋开放场线系统作为一个粗略的模型，托卡马克刮削层使用的参数从国家球形环实验（NSTX）。这是首次发表的非线性电磁陀螺动力学模拟开放场线。比较相应的静电模拟。
2020-03-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A Novel Numerical Algorithms Optimization Method with Machine Learning Frameworks: Application on Real-time Plasmas Equilibrium Reconstruction in EXL-50U Spherical Torus
Nankai University（南开大学）；ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技发展有限公司）；Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）
本文提出基于PyTorch和TensorRT的新型数值算法优化方法，开发出实时等离子体重构算法PTEFIT，应用于EXL-50U球面托卡马克，实现高效等离子体控制与优化。
2026-01-18 physics.plasm-ph
On the interplay between plasma triangularity and micro-tearing turbulence
本文通过线性与非线性 GENE 通量管模拟，比较多类托卡马克和 EU-DEMO，阐明负三角形变更易激发 MTM 湍流，并指出降低球形托卡马克磁剪切可抑制其输运。
2025-07-27 physics.plasm-ph
Transition to subcritical turbulence in a tokamak plasma
托卡马克湍流，驱动的离子温度梯度和发生在存在的流动剪切，研究通过本地，离子尺度，静电陀螺动力学模拟（与动力学离子和电子）的条件下，在兆安培球形托卡马克（MAST）的外芯。在离子温度梯度和流动剪切的局部值中进行参数扫描。它表明，实验观察到的状态附近的稳定性阈值，这个稳定性阈值是非线性的：剪切湍流是亚临界的，即该系统是正式稳定的小扰动，但是，给定一个足够大的初始扰动，它过渡到一个湍流状态。提出了一种实现这种转变的方案，并得到了数值结果的支持：在阈值附近，非线性饱和态和与之相关的反常热输运由长寿命相干结构主导，这些相干结构在整个区域漂移，具有有限的振幅，但不是体积填充的;当系统离开阈值进入更不稳定的状态时，这些结构的数量增加，直到它们重叠并且出现更常规的混沌状态。虽然这似乎代表了一种新的情况下过渡到湍流托卡马克等离子体，它是让人想起其他亚临界湍流系统的行为，例如管流和开普勒磁旋转吸积流。
2017-01-09 physics.plasm-ph
Inferring the scrape-off layer heat flux width in a divertor with a low degree of axisymmetry
针对下一代托卡马克等离子体面对组件高热负荷问题，研究利用ST40的红外热成像系统与3D几何工具链，推断低轴对称度偏滤器的刮削层热通量宽度，发现单/双指数分布及环向热通量衰减的部分遮蔽效应，拓展了球形托卡马克SOL宽度的测量范围。
2024-06-24 physics.plasm-ph
A Spinning Mirror for Fast Angular Scans of EBW Emission for Magnetic Pitch Profile Measurement
倾斜的旋转反射镜快速地控制了巨型磁球托卡马克（MAST）上电子伯恩斯坦波（EBW）辐射计的视线。为了在高达12，000 rpm的转速下抵抗高机械应力并避免涡流感应磁制动，该反射镜由玻璃增强尼龙基板组成，该基板具有特殊的自平衡设计，并涂有反射层。通过每2.5- 10 ms完成一次角扫描，它允许人们以良好的时间分辨率表征作为视角的函数的伯恩斯坦-非常-普通模式转换效率。转换效率的角度图与普通模式的截止层处的磁螺距角直接相关。因此，在各种频率下的测量提供了等离子体边缘处的安全系数分布。诊断的可行性的初步测量和迹象。此外，角扫描指示电子束焊接加热的最佳发射条件。
2010-07-08 physics.plasm-ph
