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Estimation of kinetic parameters based on chirping Alfv$'e$n Eigenmodes

周波数掃引アルフベン固有モードによる運動論的パラメータ推定

Lesur, M.*; 井戸村 泰宏  ; 篠原 孝司; Garbet, X.*

Lesur, M.*; Idomura, Yasuhiro; Shinohara, Koji; Garbet, X.*

周波数掃引を伴うAlfv$'e$n固有モード(周波数掃引AE)をBerk-Breizman(BB)モデルで解析した。周波数掃引非線形解を与える運動論的パラメータ領域を同定し、新たな準周期的周波数掃引領域を発見した。ここで、周波数掃引事象の準周期は線形成長率に依存する。実験とBBモデルの非線形周波数掃引特性をフィッティングすることにより線形駆動率や外部減衰率といった基礎的な運動論的パラメータを評価した。この手法をJT-60UのトロイダルAEに適用し、モードが臨界安定よりかなり不安定な状態にあることがわかった。2つの衝突モデルを比較し、実験の非線形特性を再現するには動的摩擦と速度空間拡散が必要であることがわかった。実験において計測された摂動振幅の成長率、および、減衰率を再現し、実験の平衡分布データから衝突周波数を評価することによって解析結果を検証した。

Alfv$'e$n Eigenmodes (AEs) with frequency sweeping (chirping AEs) are analyzed based on the so-called Berk-Breizman (BB) model. Kinetic parameter regimes with chirping nonlinear solutions are delimited, and a new quasi-periodic chirping regime is found, where the quasi-period of chirping events depends on the linear growth rate. Fundamental kinetic parameters such as the linear drive and the external damping rate are estimated by fitting nonlinear chirping characteristics between the experiment and the BB model. This approach is applied to Toroidicity-induced AEs on JT-60U, which suggests the existence of modes far from marginal stability. Two collision models are considered, and it is shown that dynamical friction and velocity-space diffusion are essential to reproduce nonlinear features observed in experiments. The results are validated by recovering measured growth and decay of perturbation amplitude, and by estimating collision frequencies from experimental equilibrium data.

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