The aim of the present study is to analyze the stability of the pressure gradient driven modes (PM) and Alfvén eigenmodes (AE) in the large helical device (LHD) plasma if the rotational transform profile is modified by the current drive of the tangential neutral beam injectors (NBI). This study forms a basic search for optimized operation scenarios with reduced mode activity. The analysis is performed using the code FAR3d which solves the reduced MHD equations describing the linear evolution of the poloidal flux and the toroidal component of the vorticity in a full 3D system, coupled with equations for density and parallel velocity moments of the energetic particle (EP) species, including the effect of the acoustic modes. The Landau damping and resonant destabilization effects are added via the closure relation. On-axis and off-axis NBI current drive modifies the rotational transform which becomes strongly distorted as the intensity of the neutral beam current drive (NBCD) increases, leading to wider continuum gaps and modifying the magnetic shear. The simulations with on-axis NBI injection show that a counter (ctr-) NBCD in inward shifted and default configurations leads to a lower growth rate of the PM, although strong n = 1 and 2 AEs can be destabilized. For the outward shifted configurations, a co-NBCD improves the AEs stability but the PM are further destabilized if the co-NBCD intensity is 30 kA T−1. If the NBI injection is off-axis, the plasma stability is not significantly improved due to the further destabilization of the AE and energetic particle modes (EPM) in the middle and outer plasma region.
本研究の目的は、大型ヘリカル装置（LHD）プラズマにおいて、接線方向中性粒子ビーム入射（NBI）の電流駆動によって回転変換プロファイルが変更された場合の、圧力勾配駆動モード（PM）およびアルヴェン固有モード（AE）の安定性を解析することである。本研究は、モード活動が低減された最適化運転シナリオの基礎的探索を構成する。解析は、完全3次元系においてポロイダル磁束および渦度のトロイダル成分の線形成長を記述する簡約MHD方程式を解くコードFAR3dを用いて実施される。このモデルには、高エネルギー粒子種の密度および平行速度モーメントに関する方程式が連成され、閉包関係式を通じてランダウ減衰および共鳴不安定化の効果が組み込まれる。軸方向およびオフ軸方向のNBI電流駆動は回転変換プロファイルを変更し、中性粒子ビーム電流駆動（NBCD）強度の増大に伴って回転変換は強く歪められ、連続スペクトルのギャップが拡大し、磁気シアが修正される。軸方向NBI入射を用いたシミュレーションでは、内側シフト配位および標準配位において反方向（counter-）NBCDがPMの成長率を低下させる一方、強いn = 1および2のAEが不安定化され得ることが示された。外側シフト配位では、同方向（co-）NBCDはAEの安定性を改善するが、co-NBCD強度が30 kA T−1の場合にはPMがさらに不安定化される。オフ軸NBI入射の場合、プラズマ周辺部および中間領域におけるAEおよび高エネルギー粒子モード（EPM）のさらなる不安定化により、プラズマの安定性は有意には改善されない。