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Nonlocal energetic particle mode in a JT-60U plasma

JT-60Uプラズマにおける非局所的高エネルギー粒子モード

藤堂 泰*; 篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男

Todo, Yasushi*; Shinohara, Koji; Takechi, Manabu; Ishikawa, Masao

JT-60Uにおける高エネルギーイオン駆動不安定性を磁気流体と高エネルギー粒子のためのシミュレーションコードを用いて調べた。不安定モードの空間分布は安全係数分布が平坦なプラズマ中心付近で最大値をとる。この不安定モードはトロイダルアルヴェン固有モード(TAE)ではない。空間分布がTAEとして予想される位置と異なっており、 m/n=2/1の一つの主成分で構成されていることがその理由である。ここで、m, nはポロイダル及びトロイダルモード数である。この不安定モードの実周波数は、実験における速い周波数掃引モードの開始周波数に近い値である。シミュレーション結果は、高エネルギーイオン軌道幅と高エネルギーイオン圧力が不安定モード動径方向分布幅を非常に大きくすることを示している。調べた高エネルギーイオン軌道幅の中で最小値の場合は、不安定モードは小半径の20%以内に局在している。これは、磁気流体効果のみで誘導できる空間分布幅の上限を与える。JT-60Uの実験条件においては、高エネルギーイオンは不安定モード空間分布の半径方向の幅を3倍に広げている。この不安定モードは主として高エネル ギー粒子によって誘導されているのである。

Energetic-ion driven instability in a JT-60U plasma was investigated using a simulation code for magnetohydrodynamics and energetic particles. The spatial profile of the unstable mode peaks near the plasma center where the safety factor profile is flat and the spatial profile consists of a single primary harmonic m/n = 2/1. The real frequency of the unstable mode is close to the experimental starting frequency of the fast frequency sweeping mode. Simulation results demonstrate that energetic ion orbit width and energetic ion pressure significantly broaden radial profile of the unstable mode. For the smallest value among the investigated energetic ion orbit width, the unstable mode is localized within 20% of the minor radius. This gives an upper limit of the spatial profile width of the unstable mode which the magnetohydrodynamic effects alone can induce. For the experimental condition of the JT-60U plasma, energetic ions broaden the radial width of the unstable mode spatial profile by a factor of 3. The unstable mode is primarily induced by the energetic particles.

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分野:Physics, Fluids & Plasmas

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