Alfvén eigenmodes destabilized by energetic particles in Heliotron J, a low magnetic shear helical axis stellarator/heliotron with four toroidal equilibrium field periods, are investigated with MEGA, a hybrid simulation code for energetic particles interacting with a magnetohydrodynamic fluid. The objectives of this study are to validate the MEGA simulation results on Alfvén eigenmodes in Heliotron J, and to clarify the properties of Alfvén eigenmodes. The experimentally observed global Alfvén eigenmode (GAE) was reproduced with MEGA simulations based on the experimental bulk plasma temperature and density profiles. Beside GAE, GAE was also observed with lower amplitude and linear growth rate. The frequency and spatial location of GAE are close to those of the experimentally observed energetic particle mode (EPM). For GAE, it was found that the three-dimensional spatial profile of the GAE was primarily composed of n = 2 harmonics while the contribution from the other toroidal mode numbers such as n = 2 ± iNfp was weak, where 'i' and 'Nfp' are arbitrary integer and toroidal field period, respectively. This indicates that the coupling of harmonics with the same toroidal mode number through toroidicity is dominant for the GAE spatial profile, and the coupling with the different toroidal mode numbers through helicity and bumpiness has minor effects. For GAE, the coupling of harmonic through toroidicity is weaker than that of GAE. The non-linear evolutions of the GAE and GAE destabilized by energetic particles with a bump-on-tail distribution and a slowing-down distribution were compared. Weak dependence of the linear growth rate for both and modes on charge-exchange time were implied.
ヘリオトロンJ（4周期のトロイダル平衡磁場周期を有する低磁気シアのヘリカル型ステラレーター／ヘリオトロン）において、高エネルギー粒子によって不安定化されるアルヴェン固有モードを、磁気流体力学流体と相互作用する高エネルギー粒子を扱うハイブリッドシミュレーションコードMEGAを用いて調査した。本研究の目的は、ヘリオトロンJにおけるアルヴェン固有モードに関するMEGAシミュレーション結果を検証し、アルヴェン固有モードの特性を明らかにすることである。実験で観測された大域的アルヴェン固有モード（GAE）は、実験的なバルクプラズマの温度・密度分布に基づくMEGAシミュレーションによって再現された。GAEに加えて、より低い線形成長率を有する別のモードも観測された。GAEの周波数と空間分布は、実験で観測された高エネルギー粒子モード（EPM）のものに近い。GAEについては、その三次元空間分布が主にn = 2の高調波で構成され、n = 2 ± iNfp（ここでiは任意の整数、Nfpはトロイダル磁場周期数）などの他のトロイダルモード数の寄与は弱いことが判明した。これは、GAEの空間分布において、トロイダル周期性を通じた同一トロイダルモード数間の結合が支配的であり、ヘリシティおよびバンピネスを通じた異なるトロイダルモード数間の結合の影響は小さいことを示している。GAEについては、トロイダル周期性を通じた高調波間の結合はGAEのものよりも弱い。バンプ・オン・テール分布およびスローダウン分布を有する高エネルギー粒子によって不安定化されるGAEおよび別のモードの非線形発展を比較した。両モードの線形成長率のチャージ交換時間に対する依存性は弱いことが示唆された。