The aim of the present study is to analyze the saturation regime of the energetic-ion-driven resistive interchange mode (EIC) in the LHD plasma. A set of nonlinear simulations are performed by the FAR3d code that uses a reduced MHD model for the thermal plasma coupled with a gyrofluid model for the energetic particle (EP) species. The hellically trapped EP component is introduced through a modification of the averaged drift velocity operator to include their precessional drift. The nonlinear simulation results show similar 1/1 EIC saturation phases with respect to the experimental observations, reproducing the enhancement of the n/m = 1/1 resistive interchange modes (RIC) amplitude and width as the EP β increases, the EP β threshold for the 1/1 EIC excitation, the further destabilization of the 1/1 EIC as the population of the helically trapped EP increases and the triggering of burst events. The frequency of the 1/1 EIC calculated during the burst event is 9.4 kHz and the 2/2 and 3/3 overtones are destabilized, consistent with the frequency range and the complex mode structure measured in the experiment. In addition, the simulation shows the inward propagation of the 1/1 EIC due to the nonlinear destabilization of the 3/4 and 2/3 energetic particle modes, leading to the partial overlapping between resonances during the burst event. Finally, the analysis of the 1/1 EIC stabilization phase shows the excitation of the 1/1 RIC as soon as the flattening induced by the 1/1 EIC in the pressure profile vanishes, leading to the retrieval of the pressure gradient at the plasma periphery and the overcoming of the RIC stability limit.
本研究の目的は、LHDプラズマにおける高エネルギーイオン駆動抵抗性交換モード（EIC）の飽和領域を解析することである。熱プラズマには簡約MHDモデルを、高エネルギー粒子（EP）種にはジャイロ流体モデルを用いるFAR3dコードにより、一連の非線形シミュレーションを実施した。らせん状捕捉EP成分は、平均ドリフト速度演算子を修正して歳差ドリフトを組み込むことにより導入した。非線形シミュレーションの結果は、実験観測と同様の1/1 EIC飽和位相を示し、EP βの増加に伴うn/m = 1/1抵抗性交換モード（RIC）の振幅と幅の増大、1/1 EIC励起に対するEP β閾値、らせん状捕捉EPの増加に伴う1/1 EICのさらなる不安定化、およびバースト事象の発生を再現した。バースト事象中に計算された1/1 EICの周波数は9.4 kHzであり、2/2および3/3高調波が不安定化され、実験で測定された周波数範囲および複雑なモード構造と一致した。さらに、シミュレーションは、バースト事象中の共鳴間の部分的な重なりをもたらす3/4および2/3高エネルギー粒子モードの非線形不安定化による1/1 EICの内側への伝播を示した。最後に、1/1 EIC安定化位相の解析は、1/1 EICによって圧力分布に生じた平坦化が消滅すると直ちに1/1 RICが励起され、プラズマ周辺部の圧力勾配が回復してRIC安定性限界を克服することを示した。