Two-stage Crash Process in Resistive Drift Ballooning Mode Driven ELM Crash
本研究通过全环形环域数值模拟，发现电阻漂移气球模驱动的边缘局域模存在两阶段崩塌过程，揭示了全环域非线性相互作用对ELM触发动力学的显著影响。
2023-10-07 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
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
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
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
Toroidal momentum transport in a tokamak caused by symmetry breaking parallel derivatives
本文用陀螺动力学模型研究了托卡马克中一种新的环向动量输运机制。首先，一个分析模型是通过使用气球变换。产生动量传输的条款，然后连接到极向衍生物的气球信封，这是一个订单较小的归一化拉莫尔半径相比，程函的衍生物。因此，该机构不会在径向方向上引入不均匀性，与轮廓剪切的效果相反。线性离子温度梯度模式与绝热电子的数值模拟，保留有限的rho* 的ExB速度的影响，漂移，和陀螺平均，提出。动量通量在归一化拉莫尔半径（ρ*）内是线性的，但仍然产生了相当大的逆流旋转。总动量通量的尺度与所考虑的磁表面的纵横比的线性，并增加与增加磁剪切，安全系数，密度和温度梯度。
2013-02-26 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
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
Generalised ballooning theory of two dimensional tokamak modes
在这项工作中，使用本地gyrokinetic磁通管代码与高阶气球理论相结合的解决方案，一种新的分析方法，以重建全球的线性模式结构与相关的全球模式频率。除了孤立模态（IM）（通常在外侧中平面上达到峰值）之外，高阶气球理论还捕获了其他类型的不太稳定的全局模态：（a）弱非对称气球理论（WABT）预测了一个混合模（MM），它经历了一个远离外侧中平面的小极向位移，（b）在托卡马克等离子体的顶部（或底部）存在相对稳定的一般模（GM）气球。在本文中，一个分析方法的发展，结合这些断开的分析限制到一个单一的广义气球理论（GBT）。这是用来调查如何IM行为的剪切环流的影响下。对于小的流量值，IM最初转换为MM，其中WABT的结果被重新捕获，并且最终，随着流量的增加，模式渐进地成为等离子体顶部（或底部）的GM。这可能是模型中的一个成分，用于理解为什么在某些实验场景中，观察到的不是大边缘局部模式（ELMs），而是小ELMs。最后，我们的理论可以有其他重要的后果，特别是计算雷诺应力驱动的内在旋转通过径向不对称的全球模式结构。了解的内在旋转是重要的，因为在等离子体的外部扭矩的大小ITER预计是相对较低的。
2017-10-12 physics.plasm-ph
Magnetic shear effects on ballooning turbulence in the boundary of fusion devices
本研究通过模拟与分析，揭示磁剪切调控聚变装置边界气球模湍流的涡旋尺度分离，高剪切实现kx<<ky，低剪切则相反，为预测刮削层宽度和热通量提供依据。
2025-08-06 physics.plasm-ph
Ion temperature gradient instability at sub-Larmor radius scales with non-zero ballooning angle
线性陀螺动力学稳定性计算预测不稳定的环形离子温度梯度模式与归一化极向波矢量远高于一个（$k_θρ_i > 1$）的标准参数和绝热电子。这些模式在远离低场侧（$θ\ne 0$）偏移的极向角$θ$处具有最大振幅。的物理机制是通过使用流体模型澄清。它示出的模式远离低场侧（$θ\ne 0$）的移位降低了有效漂移频率，并允许不稳定性的发展。使用陀螺动力学模型的数值试验证实了这一物理机制。它还表明，模式与$θ\ne 0$也可以是重要的$k_θρ_i < 1$接近ITG的阈值。事实上，对于低于$θ= 0$获得的ITG阈值的归一化温度梯度长度，可以存在具有$θ\ne 0$的模式。
2012-11-12 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
Simulations of poloidal flow stabilization of ballooning modes in a classical l=2 stellarator using JOREK
本研究利用JOREK代码在经典l=2仿星器中引入ExB极向剪切流，发现当剪切率与增长率相当时可稳定气球模，并观察到高流速下增长率振荡现象。
2024-02-05 physics.plasm-ph
New linear stability parameter to describe low-$β$ electromagnetic microinstabilities driven by passing electrons in axisymmetric toroidal geometry
在磁约束聚变装置中，等离子体压力与磁场能量之比$β$可以变得足够大，使得电磁微不稳定性变得不稳定，从而驱动扭曲或重新连接平衡磁场的湍流。在本文中，提出了一个理论，电磁，电子驱动的线性不稳定性，有电流层局部化的模式合理的表面和副正常波长可比的离子gyroradius。该模型保留了轴对称的环形几何形状与任意形状，并由轨道平均方程的模式合理的表面层，与气球空间动力学匹配条件通过电子。匹配条件将电流层与大尺度电磁涨落联系起来，并在$β$与电子与离子质量比的平方根相当的限制下导出。电磁波动仅通过匹配条件进入，允许识别有效的$β$，包括平衡通量表面成形的影响。由渐近理论的缩放预测进行了测试与MAST放电#6252的微撕裂和静电微观不稳定性的线性模拟结果进行比较，显示出良好的协议。特别是，它表明，有效的$β$可以解释依赖的局部微撕裂模式（MTM）的膨胀参数$θ_0$的增长率-可能提供一条路线，以优化局部通量表面减少MTM驱动的运输。
2023-02-22 physics.plasm-ph
Indirect nonlinear interaction between toroidal Alfvén eigenmode and ion temperature gradient mode mediated by zonal structures
本文基于非线性回旋动理学理论研究TAE与ITG间的间接非线性相互作用，推导并求解非线性ITG模方程，发现TAE拍驱动的带状结构对ITG仅有微弱失稳效应，纠正了以往推测。
2024-08-28 physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on zero frequency zonal structure generation by drift Alfven wave instabilities in toroidal plasmas
本文利用非线性回旋动理学理论推导了ZFZS与DAW相互作用的控制方程和非线性色散关系，研究了等离子体非均匀性对带状结构激发的影响，并指出KBM激发带状流的条件对等离子体参数敏感。
2024-08-01 physics.plasm-ph
H-mode inhibition in negative triangularity tokamak reactor plasmas
高环模数不稳定性（$n$）气球模被认为是负三角形托卡马克平衡（$δ$）成形的主要梯度限制机制，当$δ\ll0$时，它阻止了进入强H模区。要了解这种机制如何外推到反应堆条件下，我们模型的无限$n$气球稳定性的内部配置文件和平衡形状的功能，使用的CHEASE和BALOO代码的组合。虽然观察到避免$2^\mathrm{nd}$对高$n$模式的稳定性所需的临界$δ$以复杂的方式取决于各种成形参数，包括平衡纵横比、伸长率和方形度，但具有负三角度的平衡被鲁棒地禁止进入$2^\mathrm{nd}$稳定性区域，从而提供了负三角度反应器应保持L模式样操作的预测。为了获得高$n$ $2^\mathrm{nd}$稳定性，整个不良曲率区域上的局部剪切必须足够负以克服低场侧的曲率不稳定。缩放的气球有限的基座高度提供作为等离子体参数的函数，以帮助未来的方案设计。
2022-04-26 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
Towards understanding edge localised mode mitigation by resonant magnetic perturbations in MAST
通过应用n = 3、4和6共振磁扰动（RMP），MAST中的I型边缘局部模式（ELM）已得到缓解。对于非轴对称场的每一环向模数，ELM的频率都有显著的提高，偏滤器板上的峰值热流密度也随之降低。尽管边缘压力梯度显著下降，但ELM频率仍会增加，这将有望稳定被认为是I型ELM的剥离-膨胀模式。各种机制，可能会导致不稳定的剥离气球模式，包括基座加宽，等离子体旋转制动，三维的等离子体边界和存在的径向延伸的波瓣结构附近的X点。这导致了一个模型，旨在解决明显的二分法ELM控制，也就是说ELM抑制发生由于基座压力降低低于剥离气球稳定性边界，而压力的降低也可以导致ELM缓解，这是表面上的剥离气球模式的不稳定。在ELM缓解的情况下，基座加宽、X点附近的3d波纹或波瓣使气胀稳定性降低得如此之多，使得基座快速恢复以更频繁地在较低压力下越过新的稳定性边界，而在抑制的情况下，等离子体参数使得粒子传输将边缘压力降低到稳定性边界以下，这仅受到可忽略的旋转制动的轻微影响，小的边缘短的或短的，宽的裂片结构。
2013-05-16 physics.plasm-ph
Effects of radial electric field on ion temperature gradient driven mode stability
利用回旋动力学理论和考虑环形效应的气球模理论，研究了在给定径向电场作用下离子温度梯度驱动模（ITG）的局域稳定性。研究发现，零频率径向电场诱导的极向旋转能显著稳定ITG，而由于有限轨道宽度效应的修正，相关的密度扰动对ITG稳定性影响很小.然而，由于ZFZF的均匀对称密度调制，平行模结构受到轻微影响。
2021-03-17 physics.plasm-ph
Toroidal and slab ETG instability dominance in the linear spectrum of JET-ILW pedestals
局部线性回旋动力学模拟表明，电子温度梯度（ETG）不稳定性是$k_y ρ_i \gtrsim 0.1$在JET基座放电（92174）的陡梯度区域中增长最快的模式，其中电子温度梯度比离子温度梯度更陡。这里，$k_y$是在垂直于磁场和径向的方向上的波数，并且$ρ_i$是离子回旋半径。在$k_y ρ_i \gtrsim 1$中，增长最快的模式通常是一种新型的环形ETG不稳定性。该环形ETG模式以与$k_y ρ_i \sim (ρ_i/ρ_e) L_{Te} / R_0 \sim 1$一样大的尺度和足够大的径向波数驱动，使得电子有限拉莫尔半径效应变得重要;即，$K_x ρ_e \sim 1$，其中$K_x$是有效径向波数。这里，$ρ_e$是电子回旋半径，$R_0$是最后闭合通量表面的长半径，而$1/L_{Te}$是与平衡电子温度的对数梯度成反比的长度。增长最快的环形ETG模式通常被驱动远离外侧中板。在这种平衡中，离子温度梯度不稳定性是次显性在所有尺度和动力学气球模式被证明是抑制由$\mathbf{ E} \times \mathbf{ B} $剪切。ETG模式对$\mathbf{ E} \times \mathbf{ B}$剪切具有很强的弹性。启发式准线性参数表明，新的环形ETG不稳定性是重要的运输。
2020-10-25 physics.plasm-ph
Excitation of toroidal Alfvén eigenmode by energetic particles in DTT and effect of negative triangularity
本文开发线性回旋动力学本征值代码研究TAE稳定性，以作用角方法纳入粒子响应并采用气球模表示求解方程，应用于DTT参考平衡分析负三角变影响，发现其依主导机制可稳定或失稳TAE。
2025-08-20 physics.plasm-ph
Linear and Nonlinear Dynamics of Self-Consistent Collisionless Tearing Modes in Toroidal Gyrokinetic Simulations
本文利用 ORB5 回旋动理学模拟研究无碰撞托卡马克中电流梯度驱动的撕裂模，揭示磁岛饱和、开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动的衰减、抗磁旋转及高 beta 下向类动理学气球模转变的非线性动力学机制。
2024-10-15 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
First global gyrokinetic profile predictions of ITER burning plasma
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；CNRS AixMarseille Univ PIIM UMR7345（法国国家科学研究中心艾克斯-马赛大学PIIM联合研究实验室）
首次用GENE-Tango对15 MA ITER基准情景进行全局回旋动理学模拟，预测聚变增益Q=12.2，发现电磁模式主导芯部输运，安全因子分布对约束至关重要，带状流最终淬灭电子温度梯度湍流。
2025-11-05 physics.plasm-ph
Energetic particles, Shafranov shift and finite $β$ effects on TAE, KBM and ITG instabilities in global electromagnetic gyrokinetic simulations
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；De Vinci Higher Education（德文奇高等教育）；University of Warwick（华威大学）
本文研究了强动能梯度和小比例的融合生高能粒子对等离子体稳定性的影响，通过全球gyrokinetic代码ORB5分析了Alfvén特征模、离子温度梯度模和动能气球模的线性和非线性稳定性，探讨了Shafranov位移和有限β效应的作用。
2026-09-07 physics.plasm-ph
Linear gyrokinetic simulation of kinetic infernal mode
本研究通过GTC代码开展线性回旋动理学模拟，发现磁剪切由强变弱时动理学气球模（KBM）会平滑过渡到动理学内模（KIM），二者或属同一物理模式，且KIM可通过调整磁剪切与压力梯度有效调控。
2024-05-17 physics.plasm-ph
Ion-temperature-gradient turbulence from finite to weak magnetic shear regime
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究揭示弱磁剪切下ITG湍流径向宽度受微各向同性约束，提出临界剪切判据，并经模拟验证，解释内部输运垒形成机制。
2026-09-29 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
Using the local gyrokinetic code, GS2, to investigate global ITG modes in tokamaks. (I) s-$α$ model with profile and flow shear effects
本文结合本地gyrokinetic代码与分析理论的结果重建的线性不稳定的离子温度梯度（ITG）模式与绝热电子的全球本征模结构。本文采用s-$α$托卡马克平衡模型进行模拟.使用GS 2在径向表面x的范围内进行了局部回转动力学计算，并且对于在范围- $π {\leq} p {\leqπ}$内的气球状相位角p，绘制出复局部模式频率${Ω_0(x, p) = ω_0(x, p) + iγ_0(x, p)}$。假设驱动器的二次径向轮廓，即${η_i = L_n/L_T}$（保持所有其它平衡轮廓例如安全系数、磁剪切等恒定），${Ω_0(x, p)}$有一个稳定点。重建的全局模式位于托卡马克等离子体的外侧中平面上，并且被称为常规或孤立模式，具有全局增长率$γ$ ~ Max[ ${γ_0(x, p)}$ ]，其中${γ_0(x, p)}$是局部增长率。考虑到其他平衡剖面中的径向变化（例如安全系数q（x）），消除了${Ω_0(x, p)}$中的稳定点，并导致峰值略微远离外侧中平面的模式，同时降低了全局增长率。最后，还通过多普勒频移（${ω_0 \rightarrow ω_0 + nΩ^{\prime}x}$）研究了流动剪切的影响，其中n是环形模数，${Ω^{\prime}}$包含了流动剪切的影响。平衡剖面的变化介绍了一个不对称的增长率谱相对于${Ω^{\prime}}$的符号，与最近的全球gyrok…
2014-08-04 physics.plasm-ph
MAS: A versatile Landau-fluid eigenvalue code for plasma stability analysis in general geometry
本研究开发了通用朗道流体本征值代码MAS，纳入多种动理学效应且保持计算效率，经理论与模拟基准验证，可高效开展一般几何下线性区域的等离子体稳定性分析。
2023-04-19 physics.plasm-ph
Compact Experimental Negative TriAngUlarity Reactor (CENTAUR): A design study for a compact, affordable breakeven tokamak
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
提出一种紧凑、高场、收支平衡的托卡马克反应堆设计CENTAUR，通过负三角性等离子体实现无ELM运行，预测总聚变功率40MW、科学能量增益1.3，并达到20亿美元隔夜成本目标。
2026-05-26 physics.plasm-ph
