FGE：一种快速自由边界 Grad-Shafranov演化求解器
等离子体物理
2025-12-09 v1
摘要
准确且快速的自由边界托卡马克等离子体平衡演化仿真对于现代等离子体控制、稳定性分析和场景开发至关重要。本文介绍了自由边界 Grad-Shafranov 演化 (FGE) 代码，这是一个高度灵活且面向控制的求解器，旨在应对先进等离子体配置在各种装置上的挑战。FGE 源自 FBT 和 LIUQE 代码，是 MEQ 套件的一部分，共享许多低层优化函数。它自洫地求解自由边界 Grad-Shafranov 方程，联合外部导体的电路方程和等离子体轮廓演化模型。该代码实现了完全非线性的 Newton 基框架，具备多种高度优化的求解器选项、状态表示和残差形式，使其能够在不同仿真 setup 下实现快速计算。其关键能力是将各种 0D 和 1D 电流扩散方程 (CDE) 自洫集成，以建模等离子体电流轮廓的电阻性演化，以及能够对具有多个磁轴的等离子体进行建模（双峰）。此外，FGE 允许围绕给定平衡对等离子体动力学进行线性化，以生成适用于控制器设计和分析的状态空间模型。 presented 了数值研究，展示了代码的收敛速度并验证了其对实验数据的性能。此外，针对轮廓演化和垂直生长率估计， presented 了与 RAPTOR 和 KINX 代码的基准测试，凸显了 FGE 在预测和分析方面的能力。
引用
@article{arxiv.2512.06847,
title = {FGE: A Fast Free-Boundary Grad-Shafranov Evolutive Solver},
author = {Cosmas Heiß and Antoine Merle and Francesco Carpanese and Federico Felici and Craig Donner and Stefano Marchioni and Alessandro Mari and Olivier Sauter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.06847},
year = {2025}
}