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

高速粒子駆動測地線音響モードのジャイロ運動論的研究

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)の線形成長率、実周波数のパラメータ依存を線形ジャイロ運動論方程式から導出した。bump-on-tail粒子分布をビーム粒子として模擬して、準中性条件と組み合わせてることで方程式系を閉じ、分散関係を導出した。ここで有限軌道幅効果を考慮に入れて成長率の影響を評価した。実験装置における典型的なプラズマサイズにおいては有限軌道幅効果による成長率の低減の影響は高々数%であり小さいことが分かった。この結果をfull-fジャイロ運動論シミュレーションコード(GT5D)で検証した。初期値問題を数値計算によって実施した結果、固有値計算から予測された、q値による成長モードの分岐や、装置サイズが変わる事での成長率の低減傾向が示された。次に、より一般的なビーム分布(slowing down分布)を用いてEGAMのGT5Dシミュレーションを行った。得られた成長率や振動数はDIII-Dにおける観測結果やハイブリッドコードによる成長率の評価と整合した。

From the perturbed gyrokinetic equation, we derive linear growth rates and real frequencies of the energetic-particle-induced geodesic acoustic mode (EGAM). Representing bump-on-tail distributions as the beam injection, we close the system together with the quasi-neutrality. Obtained dispersion relation, in which the finite-orbit-width (FOW) is taken, deduces the linear parameters depending on q-values, beam intensities, and plasma machine sizes. For experimentally-relevant parameters, the FOW effects are small, within several percent of the growth rates. The results are confirmed also in plasma size scan using the full-f gyrokinetic Eulerian code GT5D. We further introduce a slowing-down distribution function to compared with the DIII-D results and hybrid code simulation results. The comparison results in consistency.

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