ジャイロ運動論シミュレーションによる高速粒子駆動測地線音響モードの研究

Gyrokinetic simulation study on energetic-particle-induced geodesic acoustic mode

三木 一弘; 井戸村 泰宏   

Miki, Kazuhiro; Idomura, Yasuhiro

本研究では高速粒子により駆動される測地線音響モード(EGAM)の線形ダイナミクスを同定した。bump-on-tail粒子分布によりビーム粒子を模擬して、固有値解析より得られるモード実周波数と線形成長率を求めるとともに、有限軌道幅(FOW)効果によるEGAMへの影響を検討した。実験装置における典型的なパラメータ領域においてはEGAMの成長モードに与える影響は高々数%と小さいことが分かった。解析計算結果はfull-fジャイロ運動論シミュレーションコード(GT5D)による初期値問題の数値計算と比較して確かめられた。次に、より一般的なビーム分布(slowing down分布)を用いたEGAMの初期値問題の数値計算を行った。ここではDIII-Dの過去の実験結果と同様な磁場配位を模擬して計算を行うとともに、得られた結果と以前に報告されたハイブリッドコードの結果と比較した。得られた周波数はハイブリッドコードと同様な数値が得られた。一方、成長率はハイブリッドコードに比べて同様の傾向だが低い数値が得られた。

Understanding of the energetic particles physics is of great interest in the future burning plasmas. We identify linear dynamics of energetic-particle-induced geodesic acoustic mode (EGAM). Representating bump-on-tail distributions as the energetic particles, we calculate real frequencies and linear growth rates, based on eigenmode analyses. Taking into account of finite-orbit-width (FOW) effects, we estimate the reduction of growth rates of the EGAM due to machine size. Results indicate that the reduction is small, within several percent, for experimentally relevant parameters. Next, applying more general distributions, i.e. slowing down, we examine linear evolution of the EGAM. Here the same q-profile is applied as the DIII-D experiments. Results on the gyrokinetic simulations are compared with the hybrid code ones. Obtained frequencies are similar to those obtained from the hybrid one. Linear growth rates are smaller than those obtained from the hybrid one.