The confinement of energetic particles (EPs) is crucial in the efficient heating of tokamak plasmas. Plasma instabilities such as Alfvén eigenmodes (AEs) can redistribute the EP population, making the plasma heating less effective and leading to additional loads on the walls. The nonlinear dynamics of toroidicity induced AEs (TAEs) is investigated by means of the global gyrokinetic particle-in-cell code ORB5, within the NEMORB project. The nonperturbative nonlinear interplay of TAEs and EPs due to the wave–particle nonlinearity is studied. In particular, we focus on the linear modification of the frequency, growth rate and radial structure of the TAE, caused by the nonlinear evolution of the EP distribution function. For the ITPA benchmark case, we find that the frequency increases when the growth rate decreases, and the mode shrinks radially. The theoretical interpretation is given in terms of a nonperturbative nonlinear evolution of the AE in relation to the Alfvén continuum.
高エネルギー粒子（EP）の閉じ込めは、トカマクプラズマの効率的な加熱において極めて重要である。アルヴェン固有モード（AE）などのプラズマ不安定性は、EP分布を再分配し、プラズマ加熱の効率を低下させ、壁への追加熱負荷をもたらす可能性がある。本論文では、大域的ジャイロ運動論的粒子セルコードORB5を用いて、NEMORBプロジェクトの枠組み内で、トロイダルアルヴェン固有モード（TAE）の非線形動力学を研究する。特に、波動-粒子非線形性によるTAEとEPの非摂動的相互作用に焦点を当てる。ITPAベンチマークケースについて、成長率が減少するにつれて周波数が増加し、モードが径方向に収縮することを見出した。この結果は、アルヴェン連続体との関係におけるAEの非摂動的非線形発展の観点から理論的に解釈される。