Interactions between energetic particles (EPs), an internal kink mode, and other magnetohydrodynamic (MHD) instabilities in the inductive scenario of JT-60SA (scenario 2) are simulated with MEGA, a global EP–MHD hybrid code. For this scenario, it was predicted by TOPICS, an integrated transport code that the internal kink mode can be unstable and the sawtooth relaxation results in a flat safety factor (q) profile with q ≈ 1 for . In this equilibrium, it is found in the simulation results that the stability of the internal kink mode depends strongly on the bulk plasma pressure gradient (). In the n = 1 simulations where the toroidal mode number is restricted to n = 0 and 1, the pressure-driven internal kink mode is dominant. In the presence of co-passing EPs generated by the negative-ion-based neutral beam (NB), these EPs transfer energy to the internal kink mode; however, the EP driving rate () is much lower than the driving rate from the bulk plasma pressure gradient (). The mode's frequency is less than 1 kHz because the toroidal orbit frequency (ωφ) and poloidal orbit frequency (ωθ) of the co-passing EPs are approximately equal within the q = 1 surfaces. This mode affects the EP and bulk plasma pressure redistributions. The feasibility of stabilizing the internal kink mode using trapped EPs is also investigated. It is found that the trapped EPs with energy 85 keV generated by the positive-ion-based NBs cannot stabilize the internal kink mode. Stabilization is observed when the injection energy is greater than 500 keV. In the multi-n simulations, where modes are retained, the most unstable modes are high n interchange modes with poloidal number m = n whose linear growth rates exceed that of the pressure-driven internal kink mode observed in the n = 1 simulations. The overlapping of these modes creates a stochastic magnetic field, leading to stronger EP and bulk plasma pressure redistributions than those observed in the n = 1 simulations. During the nonlinear phase, the transition from the high m = n modes to the low m = n modes is observed where the dominant mode is the mode with an internal kink-like structure. These low m = n modes are generated by the nonlinear coupling of the high m = n modes. The EP kinetic effect has a minor contribution to the dynamics of these nonlinearly generated m = n modes.
高エネルギー粒子(EPs)と内部キンクモード、およびJT-60SAの誘導シナリオ(シナリオ2)における他の電磁流体力学(MHD)不安定性との間の相互作用を、グローバルEP–MHDハイブリッドコードであるMEGAを用いてシミュレーションした。このシナリオに対して、統合輸送コードであるTOPICSにより、内部キンクモードが不安定になり得ること、鋸歯状緩和によりq ≈ 1 for . の平坦な安全係数(q)プロファイルがもたらされることが予測された。この平衡において、シミュレーション結果では、内部キンクモードの安定性がバルクプラズマ圧力勾配()に強く依存することが見出された。トロイダルモード数がn = 0と1に制限されたn = 1シミュレーションでは、圧力駆動内部キンクモードが支配的である。負イオン源中性粒子ビーム(NB)によって生成された共通過EPの存在下では、これらのEPは内部キンクモードにエネルギーを移動するが、EP駆動率()はバルクプラズマ圧力勾配からの駆動率()よりもはるかに低い。共通過EPのトロイダル軌道周波数(ωφ)とポロイダル軌道周波数(ωθ)がq = 1表面内でほぼ等しいため、モードの周波数は1 kHz未満である。このモードはEPおよびバルクプラズマ圧力の再分布に影響を与える。捕捉EPを用いた内部キンクモードの安定化の実現可能性も調査された。正イオン源NBによって生成されたエネルギー85 keVの捕捉EPは内部キンクモードを安定化できないことが見出された。注入エネルギーが500 keVを超えると安定化が観測される。 モードが保持されるmulti-nシミュレーションでは、最も不安定なモードは、ポロイダルモード数m = nを持つ高n交換型モードであり、その線形成長率はn = 1シミュレーションで観測された圧力駆動内部キンクモードのそれを上回る。これらのモードの重なりにより確率的磁場が生成され、n = 1シミュレーションで観測されたものよりも強いEPおよびバルクプラズマ圧力の再分布が引き起こされる。非線形位相では、高m = nモードから低m = nモードへの遷移が観測され、内部キンク様構造を持つ モードが支配的モードとなる。これらの低m = nモードは、高m = nモードの非線形結合によって生成される。EP運動論的効果は、これらの非線形生成されたm = nモードのダイナミクスに小さな寄与しか及ぼさない。