Alfvén waves are electromagnetic perturbations inherent to magnetized plasmas that can be driven unstable by a free energy associated with gradients in the energetic particles' distribution function. The energetic particles with velocities comparable to the Alfvén velocity may excite Alfvén instabilities via resonant wave–particle energy and momentum exchange. Burning plasmas with large population of fusion born super-Alfvénic alpha particles in magnetically confined fusion devices are prone to excite weakly-damped Alfvén eigenmodes (AEs) that, if allowed to grow unabated, can cause a degradation of fusion performance and loss of energetic ions through a secular radial transport. In order to control the fast-ion distribution and associated Alfvénic activity, the fusion community is currently searching for external actuators that can control AEs and energetic ions in the harsh environment of a fusion reactor. Most promising control techniques are based on (i) variable fast-ion sources to modify gradients in the energetic particles' distribution, (ii) localized electron cyclotron resonance heating to affect the fast-ion slowing-down distribution, (iii) localized electron cyclotron current drive to modify the equilibrium magnetic helicity and thus the AE existence criteria and damping mechanisms, and (iv) externally applied 3D perturbative fields to manipulate the fast-ion distribution and thus the wave drive. Advanced simulations help to identify the key physics mechanisms underlying the observed AE mitigation and suppression and thus to develop robust control techniques towards future burning plasmas.
アルフヴェーン波は、磁化プラズマに内在する電磁的擾乱であり、高エネルギー粒子の分布関数における勾配に関連する自由エネルギーによって不安定化され得る。アルフヴェーン速度に匹敵する速度を持つ高エネルギー粒子は、共鳴的な波–粒子間の運動量およびエネルギー交換を介してアルフヴェーン不安定性を励起する可能性がある。磁気核融合装置における核融合起源の超アルフヴェーン的アルファ粒子を多数含む燃焼プラズマは、弱減衰のアルフヴェーン固有モード（AE）を励起しやすく、これが無抑制に成長すると、経年的な径方向輸送を通じて核融合性能の低下と高エネルギーイオンの損失を引き起こし得る。高速イオン分布とそれに伴うアルフヴェーン的活動を制御するため、核融合コミュニティは現在、核融合炉の過酷環境下でAEおよび高エネルギーイオンを制御できる外部アクチュエータを模索している。最も有望な制御手法は、(i) 高エネルギー粒子の分布における勾配を改変する可変高速イオン源、(ii) 高速イオンの減速分布に影響を与える局所電子サイクロトロン共鳴加熱、(iii) 平衡磁気ヘリシティを改変し、それによりAEの存在条件と減衰機構を変化させる局所電子サイクロトロン電流駆動、および (iv) 高速イオン分布を操作し、それにより波の駆動を制御する外部印加3次元摂動磁場、に基づいている。高度なシミュレーションは、観測されるAEの緩和および抑制の背後にある主要な物理機構の解明に貢献し、将来の燃焼プラズマに向けた堅牢な制御手法の開発を促進する。