The stability of proposed ITER scenarios with respect to low-medium mode number Alfvénic instabilities driven by fusion-produced alpha particles is investigated by hybrid MHD-particle simulations. Three cases are considered: the monotonic safety factor scenario (SC2), the reversed-shear one (SC4) and a flat safety factor profile 'hybrid' scenario (SCH). All the three cases are found unstable, even though the mode growth rates are quite small. The investigation is extended to cases with larger drive, which could be realistically obtained because of a moderate increase in electron and bulk-ion temperatures as well as by inclusion of energetic particles produced by additional heating methods. It is shown that, in the SCH case, if the drive exceeds the reference value by a factor ∼1.6, fast growing energetic-particle modes (EPMs) are driven unstable by the resonance with trapped alpha particles. The effects of nonlinear mode dynamics on the alpha-particle confinement at the reference drive are negligible for the SC2 and the SCH cases. For the SC4 scenario, some broadening of the alpha-particle pressure profile is observed, indicating inconsistency problems of the scenario itself. Simulations performed with increasing drive intensity show that a strong flattening of the alpha-particle pressure profile can occur in the inner plasma region for the SC2 case, while global confinement is not significantly affected. In the SC4 and SCH scenarios nonlinear effects are more pronounced in the outer portion of the discharge, where the modes are localized, with less impact on the on-axis pressure value with respect to the SC2 case. While for SCH such effects are observed only above the threshold for EPM destabilization, in the SC4 case significant alpha particle losses can occur even at moderately increased drive.
ITER計画シナリオの、核融合生成アルファ粒子によって駆動される低・中モード数のアルヴェン不安定性に対する安定性を、ハイブリッドMHD粒子シミュレーションにより調査する。3つのケースを考察する：単調安全係数シナリオ（SC2）、逆シアシナリオ（SC4）、および平坦な安全係数プロファイルを持つ「ハイブリッド」シナリオ（SCH）である。モード成長率はかなり小さいものの、3つのケースすべてが不安定であることが判明した。調査は、駆動項が増大したケースに拡張される。これは、電子温度とイオン温度の適度な上昇、および追加加熱手法によって生成される高エネルギー粒子の取り込みにより、現実的に達成可能である。駆動項が基準値の約1.6倍を超えると、SCHケースでは、捕捉されたアルファ粒子との共鳴によって駆動される高速成長の高エネルギー粒子モード（EPM）が不安定化することが示された。基準駆動項における非線形モード動力学のアルファ粒子閉じ込めへの影響は、SC2ケースとSCHケースでは無視できる程度である。SC4シナリオでは、アルファ粒子圧力プロファイルの若干の広がりが観測され、これはシナリオ自体の不整合性を示唆している。駆動強度を増大させたシミュレーションでは、SC2ケースのプラズマ内部領域においてアルファ粒子圧力プロファイルの強い平坦化が生じ得る一方、全体の閉じ込めは大きな影響を受けないことが示された。SC4およびSCHシナリオでは、非線形効果はモードが局在化する放電の外側領域でより顕著であり、軸上圧力値への影響はSC2ケースと比較して小さい。SCHケースではそのような効果はEPM不安定化の閾値を超えた場合のみ観測されるのに対し、SC4ケースでは駆動項が適度に増大しただけでも有意なアルファ粒子損失が発生し得る。