The complex spatial structure of energetic-particle-driven geodesic acoustic modes (EGAMs) has been recently observed experimentally in the TCV tokamak (Dreval et al 2025 Nucl. Fusion65 016037). In the present work, we model the spatial structure of EGAM modes in the TCV equilibrium using a realistic fast ion distribution function, implemented in the gyrokinetic particle-in-cell code ORB5. For a peaked radial profile of fast ions, the EGAM spatial structure coincides with that of the conventional geodesic acoustic mode, characterized by an nm−1 = 0/0 plasma potential perturbation and an m = 1 standing density perturbation, where the amplitude of the density oscillations is proportional to the sine of the poloidal angle. In contrast, for a hollow fast-ion radial profile and a marginally stable mode, our simulations reproduce a complex EGAM spatial structure similar to that observed experimentally in TCV, with two coexisting density fluctuation frequencies at different radial locations.
高エネルギー粒子駆動測地線音響モード(EGAM)の複雑な空間構造が、最近TCVトカマクにおいて実験的に観測された(Dreval et al 2025 Nucl. Fusion65 016037)。本論文では、ジャイロ運動論的粒子インセルコードORB5に実装された現実的な高速イオン分布関数を用いて、TCV平衡におけるEGAMモードの空間構造をモデル化する。尖った高速イオンの動径分布に対して、EGAMの空間構造は従来の測地線音響モードのそれと一致し、nm−1 = 0/0のプラズマ電位摂動とm = 1の定在密度摂動によって特徴づけられる。ここで密度振動の振幅はポロイダル角の正弦に比例する。対照的に、中空の高速イオン動径分布と臨界安定なモードに対して、我々のシミュレーションは、異なる動径位置に共存する2つの密度揺動周波数を伴う、TCVで実験的に観測されたものと類似した複雑なEGAM空間構造を再現する。