The aim of the present study is to perform a theoretical analysis of different strategies to stabilize energetic-ion-driven resistive interchange mode (EIC) in Large Helical Device (LHD) plasma. We use a reduced MHD for the thermal plasma coupled with a gyrofluid model for the energetic particles (EP) species. The hellically trapped EP component is introduced through a modification of the drift frequency to include their precessional drift. The stabilization trends of the 1/1 EIC observed experimentally with respect to the thermal plasma density and temperature are reproduced by the simulations, showing a reasonable agreement with the data. The LHD operation scenarios with stable 1/1 EIC are identified, leading to the stabilization of the 1/1 EIC if the thermal plasma density and temperature are above a given threshold. The 1/1 EIC are also stabilized if the rotational transform is modified in a way that the 1/1 rational surface is located further away than 0.9 times the normalized radius, or the magnetic shear in the plasma periphery is enhanced. Also, LHD discharges with large magnetic fields show a higher EIC destabilization threshold with respect to the thermal plasma density. If the perpendicular NBI deposition region is moved further inward than 0.875 times the normalized radius the 1/1 EIC are also stabilized. In addition, increasing the perpendicular NBI voltage such that the EP energy is higher than 30 keV stabilizes the 1/1 EIC. Moreover, deuterium plasmas show a higher stability threshold for the 1/1 EIC than hydrogen plasmas. The experimental data shows a larger time interval between EIC events as the power of the tangential NBI is increased providing that the perpendicular NBI power is at least 13 MW. This implies a stabilizing effect of the tangential NBI.
本研究の目的は、大型ヘリカル装置（LHD）プラズマにおける高エネルギーイオン駆動抵抗性インターチェンジモード（EIC）を安定化するための異なる戦略について理論的解析を行うことである。我々は、熱プラズマに対しては簡約MHDを用い、高エネルギー粒子（EP）種に対してはジャイロ流体モデルを結合させたモデルを使用する。高エネルギー粒子の歳差運動ドリフトを含めるためにドリフト周波数を修正することにより、ヘリカル閉じ込めされたEP成分を導入する。実験で観測された熱プラズマ密度および温度に対する1/1 EICの安定化傾向はシミュレーションによって再現され、実験データと合理的な一致を示す。熱プラズマ密度と温度が所定の閾値以上である場合、1/1 EICが安定化されるLHD運転シナリオが特定される。また、回転変換が修正され、1/1有理面が規格化半径の0.9倍よりも外側に位置する場合、あるいはプラズマ周辺部の磁気シアが増強される場合にも、1/1 EICは安定化される。さらに、大きな磁場を有するLHD放電では、熱プラズマ密度に対するEIC不安定化の閾値がより高くなることを示す。垂直NBIの堆積領域が規格化半径の0.875倍よりも内側に移動した場合も、1/1 EICは安定化される。加えて、EPエネルギーが30 keVを超えるように垂直NBI電圧を増加させることで、1/1 EICは安定化される。さらに、重水素プラズマは水素プラズマよりも1/1 EICに対して高い安定性閾値を示す。実験データは、垂直NBIパワーが少なくとも13 MWである場合、接線NBIのパワーが増加するにつれてEIC事象間の時間間隔が大きくなることを示している。これは接線NBIの安定化効果を示唆している。