The mutual nonlinear interactions of shear Alfvén modes and alpha particles can enhance their transport in burning plasmas. Theoretical and numerical works have shown that rapid transport of energetic ions can take place because of fast growing Alfvén modes (e.g. energetic particle driven modes, EPMs). This kind of transport has been observed in experiments as well as in numerical simulations. Hybrid MHD-gyrokinetic codes can investigate linear and nonlinear dynamics of energetic particle (EP) driven modes, retaining the mutual interaction between waves and EPs self-consistently. Self-consistent nonlinear wave–particle interactions (both in configuration and velocity space) are crucial for a correct description of the mode dynamics in the case of strongly driven modes; thus, a non-perturbative approach is mandatory. The knowledge of the threshold characterizing the transition from weakly to strongly driven regimes is of primary importance for burning plasma operations (e.g. for ITER), in order to avoid EPM enhanced EP transport regimes. The hybrid MHD-gyrokinetic code (HMGC) has been applied to the interpretation of phenomena observed in present experiments with neutral beam (NB) heating. In reversed-shear beam-heated DIII-D discharges, a large discrepancy between the expected and measured EP radial density profiles has been observed in the presence of large Alfvénic activity. HMGC simulations with EP radial profiles expected from classical NB deposition as input give rise to strong EPM activity, resulting in relaxed EP radial profiles at saturation level close to experimental measurements. The frequency spectra obtained from several simulations with different toroidal mode numbers, as calculated during the saturated phase when the strong EPMs transform in weak reversed-shear Alfvén modes, are quite close to experimental observations both in absolute frequency and in radial localization. In this work, we discuss in particular the effects of nonlinear coupling between different toroidal mode numbers.
せん断アルヴェンモードとアルファ粒子の非線形相互作用は、燃焼プラズマにおけるそれらの輸送を増強し得る。理論的および数値的研究により、高速成長するアルヴェンモード（例えば、高エネルギー粒子駆動モード、EPM）によって高エネルギーイオンの急速な輸送が生じ得ることが示されている。この種の輸送は、実験および数値シミュレーションの両方で観測されている。ハイブリッドMHD-ジャイロ運動論コードは、波動と高エネルギー粒子（EP）の間の相互相互作用を自己無撞着に保持しつつ、高エネルギー粒子駆動モードの線形および非線形ダイナミクスを調べることができる。自己無撞着な非線形波動-粒子相互作用（配位空間および速度空間の両方において）は、強く駆動されたモードの場合のモードダイナミクスの正確な記述にとって極めて重要であり、したがって非摂動的アプローチが必須である。弱駆動から強駆動のレジームへの遷移を特徴づける閾値の知識は、EPMによるEP輸送の増強レジームを回避するために、燃焼プラズマ運転（例えばITER）にとって最も重要である。ハイブリッドMHD-ジャイロ運動論コード（HMGC）は、中性粒子ビーム（NB）加熱を用いた現在の実験で観測された現象の解釈に適用されてきた。反転シアを持つビーム加熱DIII-D放電においては、大きなアルヴェン活動の存在下で、予測されたEP動径密度分布と測定値の間に大きな不一致が観測されている。古典的なNB堆積から予測されるEP動径分布を入力とするHMGCシミュレーションは、強いEPM活動を生じさせ、その結果、飽和レベルにおいて実験測定に近い緩和したEP動径分布が得られる。異なるトロイダルモード数を持つ複数のシミュレーションから得られた周波数スペクトルは、強いEPMが弱い反転シアアルヴェンモードへと変換される飽和位相において計算されたものであるが、絶対周波数および動径方向の局在の両方において実験観測に極めて近い。本論文では、特に異なるトロイダルモード数間の非線形結合の効果について議論する。