The effects of energetic particles on MHD instabilities is a key issue in the basic physics that will be important in burning plasma experiments such as ITER. Recently, experiments (JET, JT-60U and DIII-D) have shown that the kinetic effects of energetic particles can play a crucial role in the stability of the m/n = 2/1 tearing mode, where the fraction of energetic particle βfrac ≡ βh/β is high (β = 2μ0P/B2, P is pressure, B is magnetic field and βh is the energetic particle β). For the study of the kinetic effects of energetic particles on resistive MHD stability, using model equilibria based on DIII-D experimental reconstructions, the non-ideal MHD linear stability of cases unstable to the 2/1 mode is investigated including a δf PIC model for the energetic particles coupled to the nonlinear 3D resistive MHD code NIMROD (Kim et al 2008 Phys. Plasmas15 072507). The growth of unstable modes is calculated at a series of β, βfrac and S = τR/τA (the ratio of the resistive time to Alfvén time), spanning from the resistive to the ideal unstable regime of the mode, up to and above βfrac = 0.25, and well into the asymptotic regime of the resistivity. It is observed that energetic particles have significant damping and stabilizing effects at experimentally relevant β, βfrac and S, and less damping and stabilizing effects at the ideal unstable regime. It is also observed that energetic particles excite a real frequency of the 2/1 mode. The growth rates significantly reduce at experimentally relevant β, βfrac and S due to the mode interacting with the trapped particles and 'barely passing' particles. Furthermore, extrapolation of the results is discussed for implications for JET and ITER, where the effects are projected to be significant.
MHD不安定性に対する高エネルギー粒子の効果は、ITERのような燃焼プラズマ実験において重要となる基礎物理における主要な課題である。近年の実験（JET、JT-60U、DIII-D）は、高エネルギー粒子の運動論的効果が、高エネルギー粒子ベータ分率βfrac ≡ βh/βが高い（β = 2μ0P/B2、Pは圧力、Bは磁場、βhは高エネルギー粒子ベータ）場合のm/n = 2/1テアリングモードの安定性において決定的な役割を果たし得ることを示している。抵抗性MHD安定性に対する高エネルギー粒子の運動論的効果の研究のために、DIII-Dの実験的再構成に基づくモデル平衡を用いて、2/1モードに対して不安定な場合の非理想MHD線形安定性が、非線形3次元抵抗性MHDコードNIMROD（Kim et al 2008 Phys. Plasmas15 072507）に結合された高エネルギー粒子のδf PICモデルを含めて調査される。不安定モードの成長は、一連のβ、βfrac、およびS = τR/τA（抵抗性時間のアルフヴェン時間に対する比）において計算され、モードの抵抗性から理想的不安定領域まで、βfrac = 0.25以上まで、そして抵抗率の漸近領域に十分入る範囲にわたる。高エネルギー粒子は、実験的に関連するβ、βfrac、Sにおいて有意な減衰および安定化効果を持ち、理想的不安定領域では減衰および安定化効果が小さいことが観察される。また、高エネルギー粒子が2/1モードの実周波数を励起することも観察される。成長率は、モードが捕捉粒子および「わずかに通過する」粒子と相互作用するため、実験的に関連するβ、βfrac、Sにおいて有意に減少する。さらに、結果の外挿がJETおよびITERへの影響について議論され、そこでは効果は有意であると予測される。