During major disruptions, an induced loop voltage accelerates runaway electrons (REs) towards high energy, being in the order of 1–100 MeV in present tokamaks and ITER. The stochastization mechanisms of such high-energy RE drift orbits are investigated by three-dimensional (3D) orbit following in tokamak plasmas. Drift resonance is shown to play an important role in determining the onset of stochastic drift orbits for different electron energies, particularly in cases with low-order perturbations that have radially global eigenfunctions of the scale of the plasma minor radius. The drift resonance due to the coupling between the cross-field drift motion with radially global modes yields a secondary island structure in the RE drift orbit, where the width of the secondary drift islands shows a square-root dependence on the relativistic gamma factor γ. Only for highly relativistic REs (γ ≫ 1), the widths of secondary drift islands are comparable with those of magnetic islands due to the primary resonance, thus the stochastic threshold becoming sensitive to the RE energy. Because of poloidal asymmetry due to toroidicity, the threshold becomes sensitive not only to the relative amplitude but also to the phase difference between the modes. In this paper, some examples of 3D orbit-following calculations are presented for analytic models of magnetic perturbations with multiple toroidal mode numbers, for both possibilities that the drift resonance enhances and suppresses the stochastization being illustrated.
主要なディスラプションの間、誘起されたループ電圧はランナウェイ電子（RE）を高エネルギーへと加速し、そのエネルギーは現在のトカマクおよびITERにおいて1〜100 MeVのオーダーである。このような高エネルギーのランナウェイ電子のドリフト軌道のストカスティゼーション機構を、トカマクプラズマにおける3次元（3D）軌道追跡によって調べた。ドリフト共鳴は、異なる電子エネルギーに対するストカスティックドリフト軌道の開始を決定する上で重要な役割を果たすことが示され、特にプラズマ小半径のスケールの動径方向に大域的な固有関数を持つ低次の摂動の場合に顕著である。横断ドリフト運動と動径方向に大域的なモードとの結合によるドリフト共鳴は、ランナウェイ電子のドリフト軌道に二次的なアイランド構造を生じさせ、その二次ドリフトアイランドの幅は相対論的ガンマ因子γに対して平方根依存性を示す。高度に相対論的なランナウェイ電子（γ ≫ 1）の場合にのみ、二次ドリフトアイランドの幅は一次共鳴による磁気アイランドの幅に匹敵し、したがってストカスティック閾値はランナウェイ電子のエネルギーに敏感になる。トロイダル非対称性によるポロイダル非対称性のため、閾値はモード間の相対振幅だけでなく位相差にも敏感になる。本論文では、複数のトロイダルモード数を持つ磁気摂動の解析モデルに対する3D軌道追跡計算の例を示し、ドリフト共鳴がストカスティゼーションを促進する場合と抑制する場合の両方を図示する。