Plasma perturbations from the core and/or boundary regions of tokamaks can provide seed islands for the excitation of neo-classical tearing modes (NTMs) with negative , where is the linear instability parameter of the classical tearing mode. In this work, by means of reduced magnetohydrodynamic simulations, we numerically investigate the nonlinear evolution of multi-helicity NTMs in rotating tokamak plasmas with these two types of plasma perturbations with different boundary conditions. In the first case of initial plasma perturbations from the core region with a zero boundary condition, the meta-stable property of seed-island triggered NTM with negative is verified in the single helicity simulation. Nevertheless in the multiple helicity simulation, this seed-island triggered NTM with negative can be suppressed by a spontaneous NTM with positive through the competitive interaction between NTMs with different helicities. If a fixed poloidal rotation is taken into account in the first case, two different helicity NTMs could coexist in the saturation stage, which is different qualitatively from the process without plasma rotation. In the second case of initial plasma perturbations from the boundary region with a nonzero boundary condition, as the amplitude of plasma perturbations on the boundary increases, the mode with negative gradually changes from the driven-reconnection state to the NTM state, accompanied by an enhancement of magnetic island width in the single helicity simulation. Nevertheless in the multi-helicity simulation, the spontaneous NTM with positive can make the driven-reconnection triggered NTM with negative transfer from the NTM state back to the driven-reconnection state again. The underlying mechanism behind these transitions is analyzed step by step. Effects of fixed and unfixed poloidal rotations on the nonlinear interaction processes are also investigated in detail. In addition, the appearance and disappearance of the magnetic stochasticity resulting from the nonlinear coupling among the multi-helicity NTMs are discussed in the second case.
トカマクのコア領域および/または境界領域からのプラズマ擾乱は、負の を持つ新古典テアリングモード(NTM)の励起のためのシードアイランドを提供し得る。ここで は古典テアリングモードの線形不安定性パラメータである。本研究では、簡約化磁気流体力学シミュレーションを用いて、異なる境界条件を有するこれら2種類のプラズマ擾乱を伴う回転トカマクプラズマにおける多ヘリシティNTMの非線形発展を数値的に調べる。最初のケース、すなわちゼロ境界条件を持つコア領域からの初期プラズマ擾乱の場合、負の を持つシードアイランド誘起NTMの準安定性が単一ヘリシティシミュレーションにおいて検証される。しかしながら、多ヘリシティシミュレーションでは、この負の を持つシードアイランド誘起NTMは、異なるヘリシティを持つNTM間の競合的相互作用を通じて、正の を持つ自発的NTMによって抑制され得る。最初のケースで固定されたポロイダル回転を考慮する場合、2つの異なるヘリシティのNTMが飽和段階で共存し得る。これはプラズマ回転がない過程とは定性的に異なる。2番目のケース、すなわち非ゼロ境界条件を持つ境界領域からの初期プラズマ擾乱の場合、境界上のプラズマ擾乱の振幅が増加するにつれて、負の を持つモードは、単一ヘリシティシミュレーションにおいて、磁気島幅の増大を伴いながら、駆動リコネクション状態からNTM状態へと徐々に変化する。しかしながら、多ヘリシティシミュレーションでは、正の を持つ自発的NTMは、負の を持つ駆動リコネクション誘起NTMを、NTM状態から再び駆動リコネクション状態へと遷移させ得る。これらの遷移の背後にあるメカニズムを段階的に解析する。固定および非固定のポロイダル回転が非線形相互作用過程に及ぼす影響も詳細に調べる。さらに、多ヘリシティNTM間の非線形結合に起因する磁場の確率性の出現と消滅について、2番目のケースにおいて議論する。