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Long-lasting energetic particle modes in tokamak plasmas with low magnetic shear

Rui-Bin Zhang, Xian-Qu Wang, Chi-Jie Xiao, Xiao-Gang Wang, Yi Liu, Wei Deng, Wei Chen, Xuan-Tong Ding, Xu-Ru Duan, the HL-2 A Team2014年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A long-lasting (for hundreds of milliseconds) m/n = 1 energetic particle mode driven by trapped fast ions, other than conventional fishbone bursts, is studied theoretically and in comparison with HL-2A experimental results. The mode can be observed in weak shear tokamak plasmas during neutral beam injection with a mostly steady amplitude envelope of long-lasting magnetic perturbation signals. The dispersion relation and radial structure of the mode are calculated with a weak shear q-profile. Both the m/n = 1/1 component and its higher frequency m/n = 2/2 harmonics are found to be unstable, in good agreement with experimental observations on HL-2A. On the other hand, due to the feature of weak magnetic shear, the mode is also significantly different from bursty fishbones, especially the mode structure, temporal behavior, instability threshold and growth rate dependence on the fast ion gradient. The nonlinear evolution of the mode and the comparison with fishbone bursts are also further investigated.

日本語訳

長時間持続する(数百ミリ秒の)m/n = 1 の高エネルギー粒子モードが、従来のフィッシュボーン・バーストとは異なり、捕捉高エネルギー粒子によって駆動されるものであり、理論的に研究され、HL-2A の実験結果と比較される。このモードは、弱い磁気シアを有するトカマクプラズマにおいて、中性粒子ビーム入射中に観測され、長期間持続する磁気擾乱信号のほぼ定常的な振幅包絡線を特徴とする。このモードの分散関係と径方向構造は、弱い磁気シアの q プロファイルを用いて計算される。m/n = 1 の主成分とその高周波側の m/n = 2 高調波の両方が不安定であることが見出され、HL-2A の実験観測と良好な一致を示す。一方、弱い磁気シアの特徴により、このモードはバースト状のフィッシュボーンとは有意に異なり、特にモード構造、時間的挙動、不安定性の閾値、および高エネルギー粒子勾配に対する成長率の依存性において顕著な差異が認められる。このモードの非線形発展とフィッシュボーン・バーストとの比較もさらに詳細に調査される。

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Energetic particlesMagnetic shear
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