Verification and linear validation of the internal kink instability in tokamak have been performed for both gyrokinetic (GTC) and kinetic-MHD codes (GAM-solver, M3D-C1-K, NOVA, XTOR-K). Using realistic magnetic geometry and plasma profiles from the same equilibrium reconstruction of the DIII-D shot #141216, these codes exhibit excellent agreement for the growth rate and mode structure of the internal kink mode when all kinetic effects are suppressed. The simulated radial mode structures, obtained from linear simulations, are in reasonable agreement with the normalised electron cyclotron emission measurement after adjusting, within the experimental uncertainty, the safety factor q = 1 flux-surface location in the equilibrium reconstruction. Compressible magnetic perturbations strongly destabilize the kink, while poloidal variations of the equilibrium current density reduce the growth rate of the kink. Furthermore, kinetic effects of thermal ions are found to decrease the kink growth rate in kinetic-MHD simulations, but increase the kink growth rate in gyrokinetic simulations, due to the additional drive of the ion temperature gradient and parallel electric field. Kinetic thermal electrons are found to have negligible effects on the internal kink instability.
トカマクにおける内部キンク不安定性の検証および線形妥当性確認が、ジャイロ運動論的コード(GTC)と運動論的MHDコード(GAM-solver, M3D-C1-K, NOVA, XTOR-K)の両方に対して実施された。DIII-Dショット#141216の同一の平衡再構成に基づく現実的な磁気幾何形状とプラズマ分布を用いて、これらのコードは、すべての運動論的効果を抑制した場合、内部キンクモードの成長率とモード構造について優れた一致を示す。線形シミュレーションから得られたシミュレーションされた動径モード構造は、平衡再構成における安全係数q=1の磁気面位置を実験的不確かさの範囲内で調整した後、規格化された電子サイクロトロン放射測定と合理的に一致する。圧縮性磁気摂動はキンクを強く不安定化させる一方、平衡電流密度のポロイダル方向の変化はキンクの成長率を低下させる。さらに、熱的イオンの運動論的効果は、運動論的MHDシミュレーションではキンク成長率を減少させることが見出されたが、ジャイロ運動論的シミュレーションでは、イオン温度勾配と平行電場の追加的な駆動により、キンク成長率を増加させることが見出された。運動論的熱電子は、内部キンク不安定性に対して無視できる影響しか及ぼさないことが見出された。