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Cyclokinetic models and simulations for high-frequency turbulence in fusion plasmas
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作者 Zhao Deng R. E. Waltz Xiaogang Wang 《Frontiers of physics》 SCIE CSCD 2016年第5期23-56,共34页
Cyrokinetics is widely applied in plasma physics. However, this framework is limited to weak turbulence levels and low drift-wave frequencies because high-frequency gyro-motion is reduced by the gyro-phase averaging. ... Cyrokinetics is widely applied in plasma physics. However, this framework is limited to weak turbulence levels and low drift-wave frequencies because high-frequency gyro-motion is reduced by the gyro-phase averaging. In order to test where gyrokinetics breaks down, Waltz and Zhao developed a new theory, called cyclokinetics [R. E. Waltz and Zhao Deng, Phys. Plasmas 20, 012507 (2013)]. Cyclokinetics dynamically follows the high-frequency ion gyro-motion which is nonlineaxly coupled to the low-frequency drift-waves interrupting and suppressing gyro-averaging. Cyclokinetics is valid in the high-frequency (ion cyclotron frequency) regime or for high turbulence levels. The ratio of the cyclokinetic perturbed distribution function over equilibrium distribution function δf/F can approach 1. This work presents, for the first time, a numerical simulation of nonlinear cyclokinetic theory for ions, and describes the first attempt to completely solve the ion gyro-phase motion in a nonlinear turbulence system. Simulations are performed [Zhao Deng and R. E. Waltz, Phys. Plasmas 22(5), 056101 (2015)] in a local flux-tube geometry with the parallel motion and variation suppressed by using a newly developed code named rCYCLO, which is executed in parallel by using an implicit time-advanced Eulerian (or continuum) scheme [Zhao Deng and R. E. Waltz, Comp. Phys. Comm. 195, 23 (2015)]. A novel numerical treatment of the magnetic moment velocity space derivative operator guarantee saccurate conservation of incremental entropy. By comparing the more fundamental cyclokinetic simulations with the corresponding gyrokinetic simulations, the gyrokinetics breakdown condition is quantitatively tested. Gyrokinetic transport and turbulence level recover those of cyclokinetics at high relative ion cyclotron frequencies and low turbulence levels, as required. Cyclokinetic transport and turbulence level are found to be lower than those of gyrokinetics at high turbulence levels and low-Ω* values with stable ion cyclotr 展开更多
关键词 TURBULENCE cyclokinetics GYROKINETICS drift waves ion cyclotron modes
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Texas Helimak
2
作者 Kenneth W.GENTLE 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第3期284-289,共6页
Helimak is an experimental approximation to the ideal cylindrical slab, a onedimensional magnetized plasma with magnetic curvature and shear. The Texas Helimak realizes this approximation to a large degree; the finite... Helimak is an experimental approximation to the ideal cylindrical slab, a onedimensional magnetized plasma with magnetic curvature and shear. The Texas Helimak realizes this approximation to a large degree; the finite size of the device can be neglected for many phenomena. Specifically, the drift-wave turbulence characteristic of a slab is observed with scale lengths small compared with the device size. The device and the general features of its behavior are described here. The device is capable of studying drift-wave turbulence, scrape-off layer (SOL) turbulence, and the stabilization of turbulence by imposing velocity shear. 展开更多
关键词 plasma turbulence drift waves particle transport turbulence suppression
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Basic features of the multiscale interaction between tearing modes and slab ion-temperature-gradient modes
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作者 L Wei Z X Wang +2 位作者 J Q Li Z Q Hu Y Kishimoto 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第12期237-247,共11页
Nonlinear interaction between tearing modes(TM) and slab ion-temperature-gradient(ITG) modes is numerically investigated by using a Landau fluid model. It is observed that the energy spectra with respect to wavenumber... Nonlinear interaction between tearing modes(TM) and slab ion-temperature-gradient(ITG) modes is numerically investigated by using a Landau fluid model. It is observed that the energy spectra with respect to wavenumbers become broader during the transition phase from the ITG-dominated stage to TM-dominated stage. Accompanied with the fast growth of the magnetic island, the frequency of TM/ITG with long/short wavelength fluctuations in the electron/ion diamagnetic direction decreases/increases respectively. The decrease of TM frequency is identified to result from the effect of the profile flattening in the vicinity of the magnetic island, while the increase of the frequencies of ITG fluctuations is due to the eigenmode transition of ITG induced by the large scale zonal flow and zonal current related to TM. Roles of zonal current induced by the ITG fluctuations in the instability of TM are also analyzed. Finally, the electromagnetic transport features in the vicinity of the magnetic island are discussed. 展开更多
关键词 magnetic reconnection tearing modes MAGNETOHYDRODYNAMICS drift waves nonlinear phenomena
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一种离子温度分布下的测地声模连续谱的参量激发
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作者 余俊 龚学余 黄千红 《南华大学学报(自然科学版)》 2012年第3期5-8,共4页
在离子温度为非均匀的等离子体中漂移波激发测地声模连续谱的过程中,对测地声模固有频率的径向分布函数的不均匀部分取双曲正切函数的情况,研究了漂移波边带模和测地声模连续谱的径向结构以及测地声模增长率.数值结果表明漂移波边带模... 在离子温度为非均匀的等离子体中漂移波激发测地声模连续谱的过程中,对测地声模固有频率的径向分布函数的不均匀部分取双曲正切函数的情况,研究了漂移波边带模和测地声模连续谱的径向结构以及测地声模增长率.数值结果表明漂移波边带模的径向结构分布图都与简谐振荡都很接近,测地声模连续谱的能量都主要集中在参量激发的共振点附近,而测地声模增长率和泵波振幅的平方成正比. 展开更多
关键词 测地声模连续谱 参量激发 漂移波
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非线性尘埃—漂移波的复杂结构
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作者 陈银华 陆玮 王舸 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2002年第1期52-55,共4页
采用流体模型 ,研究尘埃等离子体中的非线性尘埃—漂移波 .极低频的尘埃—静电漂移波 ,通过非线性互相作用 ,形成局域的涡旋结构 .研究发现 ,涡旋强度与等离子体中尘埃含量和离子—电子温度比有密切的关系 .等离子体中形成的大量涡旋横... 采用流体模型 ,研究尘埃等离子体中的非线性尘埃—漂移波 .极低频的尘埃—静电漂移波 ,通过非线性互相作用 ,形成局域的涡旋结构 .研究发现 ,涡旋强度与等离子体中尘埃含量和离子—电子温度比有密切的关系 .等离子体中形成的大量涡旋横越磁场运动 。 展开更多
关键词 非线性尘埃-漂移波 反常输运 尘埃等离子体 流体模型 静电波 局域涡旋结构
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基于蜂拥控制算法思想的时空混沌耦合反馈控制 被引量:3
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作者 杨朝羽 唐国宁 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期143-149,共7页
研究了由一维非线性漂移波方程描述的时空混沌的控制问题.基于蜂拥控制算法思想,提出了一种耦合反馈控制方法.数值研究表明:不论选择真实领导者还是选择虚拟领导者为控制的目标态,只要适当选择控制强度,漂移波时空混沌都能被控制到有序... 研究了由一维非线性漂移波方程描述的时空混沌的控制问题.基于蜂拥控制算法思想,提出了一种耦合反馈控制方法.数值研究表明:不论选择真实领导者还是选择虚拟领导者为控制的目标态,只要适当选择控制强度,漂移波时空混沌都能被控制到有序的态.并且根据空间电势的关联阐述了控制机理. 展开更多
关键词 时空混沌 漂移波 蜂拥算法 相关系数
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Observation of Low Frequency Instability in a Magnetized Plasma Column
7
作者 谢锦林 于治 +1 位作者 刘万东 俞昌旋 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第1期99-100,共2页
Detailed analysis of the low frequency instability is performed in a linear magnetized steady state plasma device. Identification and modification of the instability are presented.
关键词 low frequency INSTABILITY magnetized plasma drift wave
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漂移波与电子相互作用方程的数值解
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作者 华正和 李晓卿 《南京师大学报(自然科学版)》 CAS CSCD 2001年第2期42-46,共5页
给出了在均匀强外磁场中 ,由存在密度梯度的束电子激起的低频漂移波与等离子体相互作用方程的数值解 ,根据解出的波谱和电子分布函数进一步求出了等离子体湍动物质流和湍动热导率的大小 ,并给出了特定情形下的具体数值估计 .
关键词 等离子体 漂移波 湍动物质流 湍动热导率 电子
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HL-2A装置低频漂移波模数据库与机器学习初步研究
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作者 沈勇 董家齐 +6 位作者 李佳 韩明昆 沈煜航 张晓然 刘嘉言 王占辉 李继全 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期141-148,共8页
本文探索建立了HL-2A/3装置实验漂移波模数据库,并以此作为样本数据库,通过机器学习方法,利用人工神经网络预测托卡马克放电中漂移波模不稳定性的发生及其强度,为实现HL-2A/3等离子体实时参数控制提供参考。首先基于电子/离子温度梯度(... 本文探索建立了HL-2A/3装置实验漂移波模数据库,并以此作为样本数据库,通过机器学习方法,利用人工神经网络预测托卡马克放电中漂移波模不稳定性的发生及其强度,为实现HL-2A/3等离子体实时参数控制提供参考。首先基于电子/离子温度梯度(η)、俘获电子份额(ε)、局域安全因子q和磁剪切s等4个基本参数构成的参数数据组(η,ε,q,s)作为变量,其他参数取有效的常数值,利用HD7代码计算相应模特征值数据,构建了一个低频漂移波模基本数据库。然后,基于BP神经网络与支持向量机(SVM)模型,分别进行了机器学习建模与编程实验,验证了对HL-2A装置离子温度梯度(ITG)\俘获电子模(TEM)不稳定性进行智能预测的可行性。研究结果表明,通过将参数集与数据集进一步扩充成完备数据库、并加快BP神经网络训练速度、或采用深度学习等更复杂模型,可以最终实现前述漂移波模预测目标。 展开更多
关键词 HL-2A托卡马克 漂移波模 数据库 机器学习 人工神经网络 可行性研究
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在外加周期信号控制时空混沌中不动点性质的变化 被引量:2
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作者 桑海波 贺凯芬 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期43-46,共4页
以一维驱动非线性漂移波方程为模型,研究了利用外加周期信号成功地将时空混沌态控制到空间有规态时,系统不动点性质的改变及其与相同步之间的关系.研究发现,控制前时空混沌态中嵌入的鞍点,在施加控制信号后表现出不稳定焦点的行为.不动... 以一维驱动非线性漂移波方程为模型,研究了利用外加周期信号成功地将时空混沌态控制到空间有规态时,系统不动点性质的改变及其与相同步之间的关系.研究发现,控制前时空混沌态中嵌入的鞍点,在施加控制信号后表现出不稳定焦点的行为.不动点性质的这种改变是引起非完美相同步向完美相同步的转变和时空混沌得以控制的内在机制. 展开更多
关键词 时空混沌 控制混沌 不动点 相同步 非线性漂移波方程 锁频
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Electrostatic Rayleigh-Taylor Mode in Electron-Positron-Ion Quantum Plasma
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作者 Sajad Ali Mushtaq Ahmad 《Journal of Modern Physics》 2017年第4期636-653,共18页
Electrostatic Rayleigh-Taylor (ERT) mode/instability is studied in a non-uni-form quantum magnetoplasma, whose constituents are electrons and positrons with fraction of ions. The effects of quantum corrections (i.e. B... Electrostatic Rayleigh-Taylor (ERT) mode/instability is studied in a non-uni-form quantum magnetoplasma, whose constituents are electrons and positrons with fraction of ions. The effects of quantum corrections (i.e. Bohm potential and temperature degeneracy) and magnetic field on ERT mode are investigated with astrophysical plasma application. A generalized dispersion relation is deduced under the drift wave approximation. The presence of positron makes the dispersion relation a cubic equation. Different roots of both real and imaginary parts of the RT mode are examined by applying the Cardano’s method of solving the cubic equation. The dispersion relation and the growth rates of RT instability are examined both analytically and numerically with effects of electron and positron density, and magnetic field variations. It is shown that the magnetic field and positron density have stabilizing effectuates on ERT mode while due to electron density the mode becomes unstable. The present work is antici-pated to be of physical relevance in the studies of laboratory laser-produced plasmas as well as in the study of compact magnetized astrophysical objects like white dwarfs. 展开更多
关键词 RAYLEIGH-TAYLOR Instability drift wave Approximation Quantum MAGNETO HYDRODYNAMICS Cardano’s Method
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阵发混沌和阵发同步:噪声在周期信号控制时空混沌中的作用及机制
12
作者 桑海波 贺凯芬 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期159-163,共5页
当外加适当频率和强度的周期信号时,一维等离子体驱动耗散非线性漂移波方程中的时空混沌态能够被成功控制到空间有规的层流态;通过在驱动波坐标系中将系统变换成一组在周期势中运动的耦合振子(模式),模式之间的广义相同步被认为是控制... 当外加适当频率和强度的周期信号时,一维等离子体驱动耗散非线性漂移波方程中的时空混沌态能够被成功控制到空间有规的层流态;通过在驱动波坐标系中将系统变换成一组在周期势中运动的耦合振子(模式),模式之间的广义相同步被认为是控制的机制之一.本文的研究则发现,足够强的外加噪声可以使控制后空间有规的系统出现时空混沌的阵发;.在逐渐增大噪声强度时,层流态被越来越多阵发的时空混沌运动打断,直至最后都变成了无规运动;.而在时空混沌的阵发阶段,相位滑移导致模式之间的广义相同步也失去了. 展开更多
关键词 非线性漂移波 时空混沌 相同步 阵发混沌 功率谱
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噪声在外加周期信号控制强湍中的作用研究
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作者 桑海波 贺凯芬 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期6830-6836,共7页
研究了噪声在控制中的作用.研究发现,较小强度的偏噪声信号能够使系统失去层流态,重新进入无序态,此时模式之间的广义相同步也失去了;而噪声强度较大时,系统则能够维持准周期的层流态,模式相位之间依然能够达到广义相同步.
关键词 相同步 时空混沌 湍流 非线性漂移波
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用赝谱方法解驱动非线性波方程的分岔与混沌运动
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作者 贺凯芬 《计算物理》 CSCD 北大核心 1992年第A02期673-677,共5页
介绍了用赝谱方法数值求解非线性漂移波方程,讨论了计算中遇到的一些问题。
关键词 非线性 漂移波方程 赝谱方法
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外加偏高斯噪声控制时空混沌
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作者 桑海波 贺凯芬 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期410-413,共4页
以一维驱动非线性漂移波方程为模型,通过对驱动波坐标系中扰动波能量和傅里叶模式相位进行模拟,研究了不同强度的外加偏高斯噪声信号对时空混沌进行非反馈控制的结果.研究发现,强度较小的偏高斯噪声不能将时空混沌成功控制,而较大强度... 以一维驱动非线性漂移波方程为模型,通过对驱动波坐标系中扰动波能量和傅里叶模式相位进行模拟,研究了不同强度的外加偏高斯噪声信号对时空混沌进行非反馈控制的结果.研究发现,强度较小的偏高斯噪声不能将时空混沌成功控制,而较大强度的偏高斯噪声反而能够将时空混沌抑制到一种涨落较小的振荡运动. 展开更多
关键词 时空混沌 控制混沌 高斯噪声 非线性漂移波方程
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在空间分立点加时间周期信号控制时空混沌
16
作者 桑海波 吴顺光 贺凯芬 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第1期55-57,共3页
以一维非线性漂移波方程为模型 ,讨论了其时空混沌运动的控制 .研究表明 ,通过在空间分立点加上自然频率的时间周期信号 ,可以控制时空混沌运动 .这种方法较之在连续空间加周期信号的方法 ,在有些系统中 。
关键词 时空混沌 控制 非线性漂移方程 自然频率 空间分立点 时间周期信号 时空花样
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高斯白噪声对强湍的作用及其机制研究
17
作者 桑海波 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期36-39,共4页
在特定的参数区域,等离子体中的驱动非线性漂移波方程将会演化到具有时空混沌特征的强湍流态;这一转变是由吸引子激变引起的.本文研究了高斯白噪声对强湍态的作用.研究发现,高斯白噪声可以改变系统向强湍转变的时间,噪声强度越大时,系... 在特定的参数区域,等离子体中的驱动非线性漂移波方程将会演化到具有时空混沌特征的强湍流态;这一转变是由吸引子激变引起的.本文研究了高斯白噪声对强湍态的作用.研究发现,高斯白噪声可以改变系统向强湍转变的时间,噪声强度越大时,系统向强湍的转变越早,其机制是噪声导致了激变提前发生. 展开更多
关键词 强湍 高斯白噪声 非线性漂移波方程 时空混沌 激变
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用外加周期信号控制时空混沌中的相同步
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作者 桑海波 贺凯芬 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期350-353,共4页
以一维驱动非线性漂移波方程为模型 ,研究了利用外加周期信号成功地对时空混沌进行非反馈控制过程中的相同步 .在驱动波坐标系中 ,系统可以被变换成一组在周期势中运动的耦合振子 (模式 ) ,这些模式通过相同步被控制信号逐一控制 .研究... 以一维驱动非线性漂移波方程为模型 ,研究了利用外加周期信号成功地对时空混沌进行非反馈控制过程中的相同步 .在驱动波坐标系中 ,系统可以被变换成一组在周期势中运动的耦合振子 (模式 ) ,这些模式通过相同步被控制信号逐一控制 .研究发现 ,内部模式对外加周期信号的响应方式有 2种 ;一些模式表现出锁频 ,另一些模式则观察到了一种特殊的无锁频的相同步 . 展开更多
关键词 相同步 时空混沌 控制混沌 非线性漂移波方程 锁频 支配原理
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磁化等离子体中的涡旋湍流和反常扩散
19
作者 陈银华 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 1996年第1期33-37,共5页
研究磁化等离子体中短波漂移阿尔芬波涡旋结构.采用涡旋气体动力学模型,估计出等离子体涡旋湍流谱,并求出反常扩散系数.研究结果表明,涡旋湍流产生的反常扩散系数与扰动场振幅的平方根成正比.
关键词 涡旋气体 反常扩散 磁化等离子体 湍流
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外加周期力控制漂移波湍流时运动对称性的研究
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作者 桑海波 贺凯芬 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期363-366,共4页
通过将一维驱动耗散非线性漂移波方程的解分成定态波和扰动波两部分,并对傅里叶变换后各模式的扰动波自能及其与定态波的相互作用能进行数值计算,我们发现,利用外加周期力成功控制漂移波湍流时,主模式在鞍形波势阱中的对称性质恢复到激... 通过将一维驱动耗散非线性漂移波方程的解分成定态波和扰动波两部分,并对傅里叶变换后各模式的扰动波自能及其与定态波的相互作用能进行数值计算,我们发现,利用外加周期力成功控制漂移波湍流时,主模式在鞍形波势阱中的对称性质恢复到激变前层流时的状态.在激变前的层流态,振子的运动集中于负能态;激变引起了主模式对称性的突变,激变后的湍流态,振子的运动以正能态为主;而在强湍被成功控制后的层流态,主模式的对称性又一次发生了突变,振子运动又恢复到负能态.这种统计意义上的运动对称性的变化是强湍得以控制的内在原因. 展开更多
关键词 非线性漂移波 湍流 层流 激变
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