Based on the experimental parameters in the HL-2A tokamak, hybrid simulations have been carried out to investigate the linear stability and nonlinear dynamics of the beta-induced Alfvén eigenmode (BAE). It is found that the (m/n = 3/2) BAE is excited by co-passing energetic ions with qmin = 1.5 in linear simulation, and the mode frequency is consistent with the experimental measurement. The simulation results show that the energetic ions βh, the injection velocity v0, and orbit width parameter ρh of energetic ions are important parameters determining the drive of BAE. Furthermore, the effect of qmin (with the fixed shape of the q profile) is studied, and it is found that when qmin ⩽ 1.5, the excited modes are BAEs, which are located near q = 1.5 rational surfaces; when qmin > 1.5, the excited modes are similar to the reversed-shear Alfvén eigenmodes, which are mainly localized around q = qmin surfaces. Nonlinear simulation results show that the nonlinear dynamics of BAE are sensitive to the EP drive. For the strongly driven case, firstly, redistribution and transport of energetic ions are trigged by 3/2 BAE, which raised the radial gradient of the distibution function of energetic ions near the q = 2 rational surface, and then an energetic particle mode (EPM) (m/n = 4/2) is driven in the nonlinear phase. Finally, these two instabilities triggered a significant redistribution of energetic ions, which results in the twice-repeated and mostlydownward frequency chirping of 3/2 BAE. For the weakly driven case, there are no 4/2 EPM being driven nor twice-repeated chirping in the nonlinear phase, since the radial gradient near q = 2 rational surface is small and almost unchanged.
HL-2Aトカマクにおける実験パラメータに基づき、ベータ誘起アルフヴェン固有モード(BAE)の線形成長と非線形ダイナミクスを調査するために、ハイブリッドシミュレーションを実施した。線形シミュレーションでは、qmin = 1.5 におけるコ・パッシング高エネルギーイオンによって (m/n = 3/2) BAE が励起されることが分かり、そのモード周波数は実験測定値と一致する。シミュレーション結果は、高エネルギーイオンのベータ値 βh、入射速度 v0、および高エネルギーイオンの軌道幅パラメータ ρh が、BAE の駆動を決定する重要なパラメータであることを示している。さらに、(q 分布の形状を固定した場合の) qmin の影響を調べたところ、qmin ⩽ 1.5 の場合、励起されるモードは BAE であり、q = 1.5 有理面近傍に位置することが分かった。qmin > 1.5 の場合、励起されるモードは、主に q = qmin 面の周囲に局在する逆シア・アルフヴェン固有モードに類似している。非線形シミュレーションの結果は、BAE の非線形ダイナミクスが EP 駆動に敏感であることを示している。強駆動の場合、まず、3/2 BAE によって高エネルギーイオンの再分布と輸送が引き起こされ、q = 2 有理面近傍の高エネルギーイオンの分布関数の動径勾配が上昇し、その後、非線形位相で高エネルギー粒子モード (EPM) (m/n = 4/2) が駆動される。最終的に、これら2つの不安定性が高エネルギーイオンの顕著な再分布を引き起こし、その結果、3/2 BAE の2回繰り返される主に下向きの周波数チャープが生じる。弱駆動の場合、q = 2 有理面近傍の動径勾配が小さくほぼ変化しないため、非線形位相では 4/2 EPM の駆動も2回のチャープも見られない。