full-f静電ジャイロ運動論を用いた高速粒子駆動測地音波モード(EGAM)のシミュレーション研究

Simulation studies of energetic particle-induced geodesic acoustic mode, using a full-f electrostatic gyrokinetics

三木 一弘; 井戸村 泰宏   

Miki, Kazuhiro; Idomura, Yasuhiro

高速粒子が駆動するモードの研究は燃焼プラズマにおいて重要である。とりわけ、高速粒子の入射によって帯状流が振動する現象が観測されおり、高速粒子駆動測地音波モード(EGAM)と呼ばれている。EGAMは乱流駆動の振動帯状流(GAM)と異なる周波数が観測されている。EGAMの研究の多くはMHDモデルによって取り扱われているが、近年、静電的ジャイロ運動論モデルによるEGAMと乱流の相互作用に関する研究も報告されている。本研究では静電的Full-fジャイロ運動論コードGT5DによってEGAMと乱流の相互作用の解析を推進しており、最初にEGAMの線形モード特性を調べた。初期分布にビーム成分を加えるとEGAMが現れ、GAMとEGAMが共存することがわかった。EGAMはGAMのおよそ半分の周波数をもち、ビーム成分が10%程度を超える領域で不安定化する。このしきい値は先行研究の理論計算と一致する。

Studies of modes driven by energetic particles are of critical importance in burning plasmas. Experimental studies showed that the energetic particle could excite a zonal flow with having a finite frequency, i.e. EGAM. The EGAM exhibits a different frequency from that in the standard geodesic acoustic mode (GAM). A recent electrostatic gyrokinetic simulation showed a possible reproduction of the EGAM interacting with turbulence. Now, using the full-f gyrokinetic simulation code (GT5D), we would promote a study of the EGAM interacting with turbulence. As a first step, we investigate linear properties of the EGAM. Applying an initial particle distribution consisting of the bulk and beam ones, we can reproduce the excitation of the EGAM. The observed EGAM have about a half frequency of that in the standard GAM. The EGAM is excited by an amount of beam density exceeding about 10% of the bulk one. The observed threshold is consistent with theory.