This paper reports the first investigation of magnetic island-associated beta-induced Alfvén eigenmodes (m-BAEs) in spherical torus, based on the EXL-50 U device. Experimentally, a magnetic island with toroidal/poloidal mode numbers m/n = + 3/−1 is found to drive a pair of m-BAEs at ∼20 kHz. This m-BAE pair propagates in opposite directions, shares the same mode numbers as the island, and exhibits a frequency difference exactly equal to twice the island’s rotation frequency. Under static magnetic conditions, only one m-BAE can be observed, which displays a standing-wave structure with m/n = ± 3/± 1. The standing-wave nodes of the toroidal and poloidal magnetic perturbation from m-BAE, δBθ,m-BAE and δBϕ,m-BAE, are locked near the O-point and X-point of the island. The frequency of the m-BAE (fm-BAE) shows a significant positive linear correlation with the magnetic island width (wisland), and the mode disappears when wisland becomes either too large or too small. Additionally, fm-BAE is also found to be proportional to the Alfvén velocity, consistent with the fundamental characteristics of Alfvén eigenmodes. In short, the experiments on EXL-50 U have systematically brought together the m-BAE features that were previously observed in isolation on different tokamaks. This demonstrates that these features are universal, even in spherical torus. Simulation and calculation of the continuum accumulation point frequency (fcap) is also given in the paper, confirming that experimental fm-BAE falls within the BAE gap at the q = 3 rational surface, and the modes disappear no matter when fm-BAE > fcap. Based on the findings above, the paper further proposes a possible excitation mechanism for m-BAE.
本論文は、EXL-50 U装置に基づき、球状トーラスにおける磁気島関連ベータ誘起アルヴェン固有モード（m-BAEs）の初の調査を報告する。実験的には、トロイダル/ポロイダルモード数 m/n = +3/−1 を持つ磁気島が、∼20 kHzで一対のm-BAEを駆動することが見出された。このm-BAE対は互いに逆方向に伝播し、島と同じモード数を共有し、その周波数差は島の回転周波数のちょうど2倍に等しいことを示す。静磁場条件下では、m-BAEは1つだけしか観測されず、m/n = ±3/±1 の定在波構造を示す。m-BAEからのトロイダルおよびポロイダル磁気摂動δBθ,m-BAE と δBϕ,m-BAE の定在波節は、島のO点とX点の近くに固定されている。m-BAEの周波数（fm-BAE）は磁気島幅（wisland）と有意な正の線形相関を示し、wislandが大きすぎる場合も小さすぎる場合もモードは消滅する。さらに、fm-BAEはアルヴェン速度に比例することも見出され、これはアルヴェン固有モードの基本特性と一致する。要するに、EXL-50 Uでの実験は、以前は異なるトカマクで個別に観測されていたm-BAEの特徴を体系的に統合した。これは、これらの特徴が球状トーラスにおいても普遍的であることを示している。本論文では、連続スペクトル蓄積点周波数（fcap）のシミュレーションと計算も示されており、実験的なfm-BAEが q = 3 有理面におけるBAEギャップ内に位置し、fm-BAE > fcap の場合には常にモードが消滅することを確認している。上記の知見に基づき、本論文はさらにm-BAEの可能な励起メカニズムを提案する。