We have developed a new global eigenvalue code, multiscale analysis for plasma stabilities (MAS), for studying plasma problems with wave toroidal mode number (n) and frequency (ω) in a broad range of interest in general tokamak geometry, based on a five-field Landau-fluid description of thermal plasmas. Beyond keeping the necessary plasma fluid response, we further retain the important kinetic effects including diamagnetic drift, ion finite Larmor radius, finite parallel electric field (), ion and electron Landau resonances in a self-consistent and non-perturbative manner without sacrificing the attractive efficiency in computation. The physical capabilities of the code are evaluated and examined in terms of both theory and simulation. In theory, the comprehensive Landau-fluid model implemented in MAS can be reduced to the well-known ideal magnetohydrodynamic (MHD) model, electrostatic ion-fluid model, and drift-kinetic model in various limits, which clearly delineates the physics validity regime. In simulation, MAS has been well benchmarked with theory and other gyrokinetic and kinetic-MHD hybrid codes in a manner of adopting the unified physical and numerical framework, which covers the kinetic Alfvén wave, ion sound wave, low-n kink, high-n ion temperature gradient mode and kinetic ballooning mode. Moreover, MAS is successfully applied to model the Alfvén eigenmode (AE) activities in DIII-D discharge #159243, which faithfully captures the frequency sweeping of reversed shear AE, the tunneling damping of toroidal AE, as well as the polarization characteristics of kinetic beta-induced AE and beta-induced Alfvén-acoustic eigenmode being consistent with former gyrokinetic theory and simulation. With respect to the key progress contributed to the community, MAS has the advantage of combining rich physics ingredients, realistic global geometry and high computation efficiency together for plasma stability analysis in the linear regime.
我々は、一般トカマク幾何形状において関心のある広い範囲の波のトロイダルモード数(n)および周波数(ω)を有するプラズマ問題を研究するための、新しい大域的固有値コード、プラズマ安定性のマルチスケール解析(MAS)を開発した。これは熱的プラズマの5場Landau流体記述に基づく。必要なプラズマ流体応答を保持することに加えて、我々はさらに、計算における魅力的な効率を犠牲にすることなく、自己無撞着かつ非摂動的な方法で、反磁性ドリフト、イオン有限ラーモア半径、有限平行電場()、イオンおよび電子のランダウ共鳴を含む重要な運動論的効果を保持する。このコードの物理的能力は、理論とシミュレーションの両面で評価・検証された。理論においては、MASに実装された包括的なLandau流体モデルは、様々な極限でよく知られた理想磁気流体力学(MHD)モデル、静電イオン流体モデル、ドリフト運動論モデルに還元でき、物理的妥当性の領域を明確に示す。シミュレーションにおいては、MASは、統一された物理的・数値的枠組みを採用する方法で、理論および他のジャイロ運動論的・運動論的MHDハイブリッドコードと十分にベンチマークされており、これには運動論的Alfvén波、イオン音波、低nキンク、高nイオン温度勾配モード、運動論的バルーニングモードが含まれる。さらに、MASはDIII-D放電#159243におけるAlfvén固有モード(AE)活動のモデリングに成功裏に適用され、反転シアAEの周波数掃引、トロイダルAEのトンネリング減衰、および運動論的ベータ誘起AEとベータ誘起Alfvén音響固有モードの偏光特性を、以前のジャイロ運動論的理論およびシミュレーションと一致する形で忠実に捕捉する。コミュニティへの主要な貢献に関して、MASは、線形領域におけるプラズマ安定性解析のために、豊富な物理的要素、現実的な大域幾何形状、および高い計算効率を組み合わせる利点を有する。