This study investigates the effects of electron cyclotron current drive (ECCD) on the linear and nonlinear dynamics of energetic-particle (EP)-driven magnetohydrodynamics (MHD) instability (mode) in Heliotron J (HJ), using MEGA, a nonlinear hybrid EP-MHD simulation code. The effects of ECCD are included through the modification of the equilibrium magnetic field. Five MHD equilibria with plasma currents () of −2.00, −1.00, 0.00, 0.50, and 1.00 kA are considered, where negative and positive represent counter and co-ECCD, respectively. To account for the EP finite charge-exchange loss observed in HJ, a bump-on-tail velocity distribution is assumed for EP. The study finds that the stabilization trends in terms of the linear growth rate () are qualitatively similar to the FAR3D linear simulation and experimental results. In addition to the enhancements of the local magnetic shear and continuum damping by ECCD as proposed in previous studies, the study suggests that changes in the linear EP and shear Alfvén wave resonance are another important factor, especially for the mode. The study shows that in the currentless equilibrium, the high-velocity toroidicity-induced resonance between the mode and the co-passing EP () has the highest EP energy transfer rate, but is located slightly below the NBI injection velocity. The co-ECCD and cntr-ECCD can shift this resonance into higher and lower velocity regions, respectively. This can lead to resonance removal for co-ECCD, while cntr-ECCD can initially increase the number of resonant EPs for a small value of shift. If the shift of the resonance by cntr-ECCD is sufficiently large, the study observes stabilization due to the reduction in the EP population in the low-velocity region. The study also finds that changes in resonance affect nonlinear dynamics such as EP transport and frequency chirping. The convective transport of the co- and counter-passing EPs can be controlled, which can only be achieved for energetic-particle-mode due to the asymmetry in the resonance velocity between co- and cntr-passing EPs. The changes in the frequency chirping from the downward chirping branch to the upward chirping branch can also be explained by the changes in the resonance velocity caused by ECCD.
本研究では、非線形ハイブリッドEP-MHDシミュレーションコードであるMEGAを用いて、ヘリオトロンJ（HJ）における高エネルギー粒子（EP）駆動の磁気流体力学（MHD）不安定性（モード）の線形および非線形力学に対する電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）の効果を調査する。ECCDの効果は、平衡磁場の修正を通じて含まれる。プラズマ電流（）が−2.00、−1.00、0.00、0.50、および1.00 kAの5つのMHD平衡を考慮し、負および正はそれぞれcounter-ECCDおよびco-ECCDを表す。HJで観測されたEPの有限電荷交換損失を考慮するため、EPにはバンプ・オン・テール速度分布を仮定する。この研究では、線形成長率（）に関する安定化傾向がFAR3D線形シミュレーションおよび実験結果と定性的に類似していることを見出す。以前の研究で提案されたECCDによる局所磁気シアおよび連続体減衰の強化に加えて、この研究は、線形EPと剪断アルフヴェン波の共鳴の変化が、特にモードにとって別の重要な因子であることを示唆する。この研究では、無電流平衡において、モードとco-passing EP（）の間の高速トロイダル性誘起共鳴が最も高いEPエネルギー伝達率を持つが、NBI入射速度よりわずかに低い位置にあることを示す。co-ECCDおよびcntr-ECCDは、この共鳴をそれぞれより高い速度領域およびより低い速度領域へシフトさせることができる。これは、co-ECCDでは共鳴の除去につながる可能性があり、一方cntr-ECCDは、小さなシフト値に対しては最初に共鳴EPの数を増加させることができる。cntr-ECCDによる共鳴のシフトが十分に大きい場合、この研究では、低速度領域におけるEP集団の減少による安定化が観測される。この研究はまた、共鳴の変化がEP輸送や周波数チャーピングなどの非線形力学に影響を与えることも見出す。co-およびcounter-passing EPの対流輸送は制御可能であり、これはco-およびcntr-passing EP間の共鳴速度の非対称性により、高エネルギー粒子モードにおいてのみ達成され得る。下向きチャーピング分枝から上向きチャーピング分枝への周波数チャーピングの変化も、ECCDによって引き起こされる共鳴速度の変化によって説明できる。