Nonperturbative effects of energetic ions on Alfvn eigenmodes

アルヴェン固有モードに対する高エネルギーイオンの非摂動論的効果

藤堂 泰*; 中島 徳嘉*; 篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男; 山本 聡*

Todo, Yasushi*; Nakajima, Noriyoshi*; Shinohara, Koji; Takechi, Manabu; Ishikawa, Masao; Yamamoto, Satoshi*

JT-60Uにおける高エネルギーイオン駆動不安定性の線形性質及び非線形時間発展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、最小軌道幅の場合と比較して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。非線形発展においては、速い周波数掃引モードに近い率で周波数が上下に変化することが示される。JT-60Uにおける高エネルギー粒子モードに加えて、ヘリカル座標系のためのシミュレーションコードによるLHD的プラズマにおけるTAEの研究が報告される。

Linear properties and nonlinear evolutions of an energetic-ion driven instability in a JT-60U plasma were investigated using a simulation code for MHD and energetic particles. The spatial profile of the unstable mode peaks near the plasma center where the safety factor profile is flat. The real frequency of the mode is close to the experimental starting frequency of the fast frequency sweeping mode. The simulation results demonstrate that the energetic ion orbit width and the energetic ion pressure significantly broaden radial profile of the unstable mode. For the experimental condition of JT-60U, the energetic ions broaden the spatial profile of the unstable mode by a factor of 3. The unstable mode is primarily induced by the energetic particles. It is demonstrated that the frequency shifts both upward and downward in the nonlinear evolution at the rate close to that of the fast frequency sweeping mode. In addition to the energetic particle mode in JT-60U, an investigation of TAE in an LHD-like plasma using the simulation code for the helical coordinate system is reported.