Effects of fast ions on the magnetohydrodynamic (MHD) instabilities in a Large Helical Device (LHD) plasma with the central beta value (=pressure normalized by the magnetic pressure) 4% have been investigated with hybrid simulations for energetic particles interacting with an MHD fluid. When fast ions are neglected, it is found that the dominant instability is an ideal interchange mode with the dominant harmonic m/n = 2/1, where m, n are respectively the poloidal and toroidal numbers. The spatial peak location of the m/n = 2/1 harmonic is close to the ι = 1/2 magnetic surface located at r/a = 0.29, where ι is the rotational transform and r/a is the normalized radius. The second unstable mode is a resistive interchange mode with m/n =3/2 that peaks at r/a = 0.65 nearby the ι = 2/3 surface, which grows more slowly than the m/n = 2/1 mode. The nonlinear coupling of the m/n = 3/2 and 2/1 mode results in the growth of the m/n = 5/3 mode and other modes leading to the global reduction and flattening of the pressure profile. When fast ions are considered with the central beta value 0.2% and the total pressure profile is kept the same, the ideal interchange mode with m/n = 2/1 located close to the plasma center is stabilized while the resistive interchange mode with m/n = 3/2 located far from the plasma center is less affected. The stabilization is attributed to the reduction of bulk pressure gradient, which is the dilution of the free energy source, because the energy transfer between the fast ions and the interchange modes is found to be negligible. For higher fast-ion pressure, Alfvén eigenmodes are destabilized by fast ions.
大型ヘリカル装置（LHD）プラズマにおいて、中心ベータ値（＝磁気圧で規格化した圧力）4％での高速イオンが磁気流体力学（MHD）不安定性に及ぼす影響を、MHD流体と相互作用する高速イオンに対するハイブリッドシミュレーションにより調べた。高速イオンを無視した場合、支配的な不安定性は、m/n＝2/1の卓越モードを持つ理想インターチェンジモードであることが見出された。ここで、m、nはそれぞれポロイダルモード数、トロイダルモード数である。m/n＝2/1成分の空間的なピーク位置は、r/a＝0.29に位置するι＝1/2磁気面に近い。ここで、ιは回転変換、r/aは規格化半径である。2番目の不安定モードは、m/n＝3/2の抵抗性インターチェンジモードであり、r/a＝0.65付近のι＝2/3磁気面にピークを持ち、m/n＝2/1モードよりもゆっくりと成長する。m/n＝3/2モードと2/1モードの非線形結合により、m/n＝5/3モードやその他のモードが成長し、圧力分布の全体的な低減と平坦化が引き起こされる。高速イオンを考慮し、全圧力分布を同じに保った場合、プラズマ中心付近に位置するm/n＝2/1の理想インターチェンジモードは安定化される一方、プラズマ中心から離れた位置にあるm/n＝3/2の抵抗性インターチェンジモードはあまり影響を受けない。この安定化は、自由エネルギー源の希釈であるバルク圧力勾配の低減に起因する。なぜなら、高速イオンとインターチェンジモード間のエネルギー伝達は無視できるほど小さいことが見出されたからである。より高い高速イオン圧力では、アルフヴェン固有モードが高速イオンによって不安定化される。