Periodic edge localized modes (ELMs) are the non-linear consequences of pressure-gradient-driven ballooning modes and current-driven peeling modes becoming unstable in the pedestal region of high confinement fusion plasmas. In future tokamaks like ITER, large ELMs are foreseen to severely affect the lifetime of wall components as they transiently deposit large amounts of heat onto a narrow region at the divertor targets. Several strategies exist for avoidance, suppression, or mitigation of these instabilities, such as the naturally ELM-free quiescent H-mode (QH-mode). In the present article, an ASDEX Upgrade (AUG) equilibrium that features a QH-mode is investigated through non-linear extended magneto-hydrodynamic simulations covering the dynamics over tens of milliseconds. The equilibrium is close to the ideal peeling limit and non-linearly develops saturated modes at the edge of the plasma. A dominant toroidal mode number of n = 1 is found, for which the characteristic features of the edge harmonic oscillation are recovered. The saturated modes contribute to heat and particle transport preventing pedestal build-up to the ELM triggering threshold. The non-linear dynamics of the mode, in particular its interaction with the evolution of the edge safety factor, are studied, and suggest a possible new saturation mechanism for the QH-mode. The simulations show good qualitative and quantitative agreement with experiments in AUG. In particular, the processes leading to the termination of QH-mode above a density threshold are studied, which results in the transition into an ELM regime. In the vicinity of this threshold, limit cycle oscillations are observed.
周期的エッジ局在モード(ELM)は、高閉じ込め核融合プラズマのペデスタル領域において、圧力勾配駆動バルーニングモードと電流駆動ピーリングモードが不安定化することによる非線形的結果である。ITERのような将来のトカマクでは、大きなELMがダイバータ標的の狭い領域に過渡的に大量の熱を堆積させるため、壁構成部品の寿命に深刻な影響を与えると予測されている。これらの不安定性を回避、抑制、または緩和するためのいくつかの方策が存在し、例えば自然にELMのない静穏Hモード(QHモード)がある。本論文では、QHモードを特徴とするASDEX Upgrade (AUG)平衡状態を、数十ミリ秒にわたる力学をカバーする非線形拡張電磁流体力学シミュレーションを通じて調査する。この平衡状態は理想ピーリング限界に近く、プラズマの端で非線形的に飽和モードを発生させる。優位なトロイダルモード数n = 1が見られ、そのモードについてエッジ高調波振動の特徴的な特性が再現される。飽和モードは熱および粒子輸送に寄与し、ペデスタルがELMトリガー閾値まで成長するのを防ぐ。モードの非線形力学、特にエッジ安全係数の発展との相互作用が研究され、QHモードの可能な新しい飽和機構が示唆される。シミュレーションはAUGでの実験と質的および量的に良い一致を示す。特に、密度閾値以上でのQHモードの終了につながる過程が研究され、その結果ELM領域への遷移が生じる。この閾値の近傍では、リミットサイクル振動が観測される。