This study presents a comprehensive analysis of the equilibrium pressure on the plasma response to resonant magnetic perturbations (RMPs) in the spherical tokamak (ST) MAST-U, employing both single-fluid and MHD-kinetic hybrid models (implemented via the MARS-F/K codes). As a key finding, the study identifies two different pressure-driven eigenmodes, exhibiting Sturmian property, that affect the Troyon no-wall limits for the onset of the n = 1 and n = 2 (n is the toroidal mode number) ideal external kink instabilities as well as the corresponding plasma response to the applied RMP. With increasing equilibrium pressure, the plasma response to RMPs is significantly enhanced in the ST plasma, particularly in the high-pressure regime where kinetic effects strongly stabilize the external kink instability. The Troyon no-wall limit divides the plasma response into two regions: well below the limit, the response amplitudes and trends (versus pressure) are similar between the fluid and kinetic models; as the equilibrium pressure approaches the Troyon limit, the kinetic model predicts significant amplification of the RMP field, up to 30 times for cases considered. A relatively weak dependence of the optimal coil phasing on the equilibrium pressure is computed in this ST plasma, similar to the trend obtained for the conventional aspect ratio devices. These findings underscore the importance of incorporating kinetic effects in accurate prediction of the plasma response to RMPs in high-pressure ST tokamak plasmas and provide a theoretical basis for optimizing RMP-based control of the edge-localized modes in future ST devices.
本研究は、球状トカマク（ST）MAST-Uにおける共鳴磁場摂動（RMP）に対するプラズマ応答への平衡圧力の影響に関する包括的な解析を、単一流体モデルとMHD-運動論的ハイブリッドモデル（MARS-F/Kコードにより実装）の両方を用いて提示する。主要な発見として、本研究は、n = 1およびn = 2（nはトロイダルモード数）の理想外部キンク不安定性の発生に対するトロイヨン無壁限界と、印加RMPに対する対応するプラズマ応答の両方に影響を与える、スツルム性を示す2つの異なる圧力駆動固有モードを特定する。平衡圧力の増加に伴い、STプラズマにおけるRMPへのプラズマ応答は有意に増強される。特に、運動論的効果が外部キンク不安定性を強く安定化する高圧力領域において顕著である。トロイヨン無壁限界はプラズマ応答を2つの領域に分ける。限界を十分に下回る領域では、応答の振幅と（圧力に対する）傾向は流体モデルと運動論モデルで類似している。平衡圧力がトロイヨン限界に近づくにつれて、運動論モデルはRMP磁場の有意な増幅を予測し、検討したケースでは最大30倍に達する。このSTプラズマにおいて、最適コイル位相の平衡圧力への依存性は比較的弱いと計算され、これは従来型アスペクト比装置で得られた傾向と類似している。これらの発見は、高圧力STトカマクプラズマにおけるRMPに対するプラズマ応答の正確な予測に運動論的効果を組み込むことの重要性を強調し、将来のST装置における周辺局在モードのRMPベースの制御を最適化するための理論的基礎を提供する。