Plasma turbulence in 3D magnetic fields

3D 磁场中的等离子体湍流

基本信息

  • 批准号:
    2399907
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Small scale instabilities (microinstabilities) are excited in magnetized plasma by large scale inhomogeneities in the plasma density and temperature. The associated turbulent transport of particles and energy limits the confinement of tokamak plasmas, i.e., plasmas immersed in axisymmetric-and thus two-dimensional-magnetic fields. Consequently, much effort has gone into understanding the properties of turbulence and turbulent transport in tokamaks. However, perfect axisymmetry of the confining magnetic field is marred by various phenomena. These include design constraints (e.g., the discrete placement of toroidal field coils leads to ripple in the toroidal magnetic field), large-scale plasma instabilities, and resonant magnetic perturbations that are applied to suppress undesirable instabilities localised to the edge of the plasma (called edge localised modes or ELMs). Despite the prevalence of such 3D modifications, there has been little work done on turbulence in three-dimensional magnetic fields. The main aim of this project is to understand how breaking axisymmetry affects plasma microstability and turbulent transport. This would involve a combination of code and algorithmic development, analytic theory, and mathematical modelling. In particular, the student would aim to: extend the 3D, flux tube gyrokinetic code stella to simulate an annular region surrounding a magnetic flux surface (making it a `full flux surface' code), which is needed to accurately capture 'zonal' modes that span multiple magnetic field lines within a flux surface; develop a novel adjoint method for efficiently optimising the design of the confining magnetic field to improve microstability; extend earlier analytic calculations of how nonaxisymmetric perturbations modify microstability and transport; and use a combination of analytical models and numerically-constructed 3D equilibria to model MAST-relevant tokamak plasmas. At the least we aim to develop a qualitative understanding of how microstability and transport are modified in 3D fields: Ideally, we would also be able to take this understanding and apply it to phenomena such as ELMs suppressed by resonant magnetic perturbations and/or transport in the presence of long-lived magnetohydrodynamic (MHD) modes. Finally, we expect that what we learn from this project will inform studies of transport and microstability in stellarators, which use the additional freedom associated with the 3D nature of the confining field to optimize macroscopic stability and confinement.This research has the potential to change the direction of stellarator design (as well as plasma shaping in tokamaks) and to inform the design and use of resonant magnetic perturbations to stabilise ELMs in tokamaks. Each of these outcomes would have a significant impact on the pathway to designing magnetic confinement fusion reactors.This project falls within the EPSRC research areas of Plasma and Lasers and Numerical Analysis. It is to be carried out in collaboration with researchers at the Culham Centre for Fusion Energy, in particular with Dr. Sarah Newton who will serve as a co-supervisor for Georgia Acton.
磁化等离子体中的小尺度不稳定性(微不稳定性)是由等离子体密度和温度的大尺度不均匀性激发的。相关的粒子和能量的湍流输运限制了托卡马克等离子体的限制,即等离子体浸入轴对称磁场,因此是二维磁场。因此,在理解托卡马克湍流和湍流输运的性质方面已经付出了很多努力。然而,约束磁场的完美轴对称受到各种现象的破坏。这些包括设计限制(例如,环面磁场线圈的离散放置导致环面磁场的纹波),大规模等离子体不稳定性,以及用于抑制等离子体边缘不期望的不稳定性(称为边缘局部化模式或elm)的共振磁扰动。尽管这种三维修正很流行,但在三维磁场中的湍流方面做的工作很少。本项目的主要目的是了解轴对称破缺如何影响等离子体微稳定性和湍流输运。这将涉及代码和算法开发、分析理论和数学建模的结合。特别是,学生的目标是:扩展3D磁通管回旋动力学代码stella,以模拟磁通表面周围的环形区域(使其成为“全磁通表面”代码),这需要准确捕获磁通表面内跨越多个磁场线的“区域”模式;开发一种新的伴随方法,有效地优化围磁场的设计,以提高微稳定性;扩展非轴对称微扰如何改变微稳定性和输运的早期分析计算;并结合分析模型和数值构建的三维平衡来模拟与mast相关的托卡马克等离子体。至少,我们的目标是对微稳定性和输运如何在3D场中被修改进行定性理解:理想情况下,我们也能够将这种理解应用于共振磁扰动和/或在长寿命磁流体动力学(MHD)模式存在下的输运抑制的elm等现象。最后,我们希望我们从这个项目中学到的东西将为仿星器的输运和微稳定性研究提供信息,这些研究利用与约束场的3D性质相关的额外自由来优化宏观稳定性和约束。这项研究有可能改变仿星器设计的方向(以及托卡马克中的等离子体成型),并为设计和使用共振磁扰动来稳定托卡马克中的elm提供信息。这些结果中的每一个都将对设计磁约束聚变反应堆的途径产生重大影响。该项目属于EPSRC的等离子体和激光以及数值分析研究领域。它将与Culham聚变能中心的研究人员合作进行,特别是与Sarah Newton博士合作,她将担任Georgia Acton的联合主管。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
生命分子工学・海洋生命工学研究室
生物分子工程/海洋生物技术实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:

的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('', 18)}}的其他基金

An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
  • 批准号:
    2901954
  • 财政年份:
    2028
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
  • 批准号:
    2896097
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
  • 批准号:
    2780268
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
  • 批准号:
    2908918
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
  • 批准号:
    2908693
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
  • 批准号:
    2908917
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
  • 批准号:
    2879438
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
  • 批准号:
    2890513
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
CDT year 1 so TBC in Oct 2024
CDT 第 1 年,预计 2024 年 10 月
  • 批准号:
    2879865
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
  • 批准号:
    2876993
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship

相似国自然基金

流体湍流运动的相关数学分析
  • 批准号:
    10971174
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Characterizing Transition to Turbulence in Pulsatile Pipe Flow
表征脉动管流中的湍流转变
  • 批准号:
    2335760
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Traversing the Gray Zone with Scale-aware Turbulence Closures
通过尺度感知的湍流闭合穿越灰色区域
  • 批准号:
    2337399
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: Generalizing Monin-Obukhov Similarity Theory (MOST)-based Surface Layer Parameterizations for Turbulence Resolving Earth System Models (ESMs)
EAGER:将基于 Monin-Obukhov 相似理论 (MOST) 的表面层参数化推广到湍流解析地球系统模型 (ESM)
  • 批准号:
    2414424
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CDS&E: Generalizable RANS Turbulence Models through Scientific Multi-Agent Reinforcement Learning
合作研究:CDS
  • 批准号:
    2347423
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Exploration of Anisotropy and Inhomogeneity of Ocean Boundary Layer Turbulence
海洋边界层湍流的各向异性和不均匀性探索
  • 批准号:
    2344156
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Turbulence Intermittency for Cloud Physics (TITCHY)
云物理的湍流间歇性 (TITCHY)
  • 批准号:
    EP/Z000149/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grant
Understanding Pulsatile Helical Flow: Scaling, Turbulence, and Helicity Control
了解脉动螺旋流:缩放、湍流和螺旋度控制
  • 批准号:
    2342517
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Characterization of Turbulence in Urban Environments for Wind Hazard Mitigation
职业:城市环境湍流特征以减轻风灾
  • 批准号:
    2340755
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CDS&E: Generalizable RANS Turbulence Models through Scientific Multi-Agent Reinforcement Learning
合作研究:CDS
  • 批准号:
    2347422
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Stochastic Modeling of Turbulence over Rough Walls: Theory, Experiments, and Simulations
粗糙壁上湍流的随机建模:理论、实验和模拟
  • 批准号:
    2412025
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了