Magnetohydrodynamic (MHD)mode activity in the Alfvén frequency range has been detected in the absence of energetic ions during discharges in several conventional tokamaks and spherical tokamaks, including the Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) and the Mega-Amp Spherical Tokamak (MAST). In TFTR the dominant toroidal mode number n was found to be zero; this is also the case in MAST discharges for which mode number information is available. The observed properties of these modes are shown to be consistent with global Alfvén eigenmodes (GAEs). Although they appear to have little or no effect on plasma performance in present-day devices, the fact that they are frequently observed in MAST Ohmic discharges suggests that they could be used as a diagnostic of plasma equilibrium parameters. In principle, they couldalso provide the basis for a plasma heating scheme. A possible mechanism for the excitation of the Alfvén eigenmodes in the absence of fast ions is suggestedby two-fluid simulations of various tokamaks, in which high-frequency mode activity is found to be correlated with relatively long-timescale MHD events in the plasma, such as internal reconnection events (IREs) or edge localized modes (ELMs). A simple analytical model describing the excitation of Alfvénicmodes by either IREs or ELMs is proposed. The coupling of low- and high-frequency MHD is predicted to be strongest for radially-extended modes: this is consistent with the low mode numbers of the activity observed in TFTR and MAST.
アルヴェン周波数帯域における磁気流体力学(MHD)モード活動が、高エネルギーイオンが存在しない状態で、トカマク核融合試験炉(TFTR)およびメガアンペア球状トカマク(MAST)を含むいくつかの従来型トカマクおよび球状トカマクの放電中に検出された。TFTRでは、支配的なトロイダルモード数nはゼロであることが見出された。これは、モード数情報が得られているMAST放電においても同様である。これらのモードの観測された特性は、大域的アルヴェン固有モード(GAEs)と一致することが示されている。それらは現在の装置におけるプラズマ性能にほとんどまたは全く影響を及ぼさないように見えるが、MASTのオーミック放電で頻繁に観測されるという事実は、それらがプラズマ平衡パラメータの診断として使用できる可能性を示唆している。原理的には、それらはプラズマ加熱方式の基礎を提供することもできる。高速イオンが存在しない場合のアルヴェン固有モードの励起の可能なメカニズムが、様々なトカマクの二流体シミュレーションによって示唆されている。そのシミュレーションでは、高周波モード活動が、内部リコネクション事象(IREs)やエッジ局在モード(ELMs)などのプラズマ中の比較的長い時間スケールのMHD事象と相関することが見出されている。IREsまたはELMsによるアルヴェン的モードの励起を記述する簡単な解析モデルが提案されている。低周波および高周波MHDの結合は、径方向に広がったモードに対して最も強いと予測される。これは、TFTRおよびMASTで観測された活動の低モード数と一致する。