High frequency fishbone instability driven by passing energetic ions was first reported in the Princeton beta experiment with tangential neutral-beam-injection (Heidbrink et al 1986 Phys. Rev. Lett. 57835–8). It could play an important role for ITER-like burning plasmas, where α particles are mostly passing particles. In this work, a generalized energetic ion distribution function and finite drift orbit width effect are considered to improve the theoretical model for passing particle driving fishbone instability. For purely passing energetic ions with zero drift orbit width, the kinetic energy is derived analytically. The derived analytic expression is more accurate as compared to the result of previous work (Wang 2001 Phys. Rev. Lett. 865286–8). For a generalized energetic ion distribution function, the fishbone dispersion relation is derived and is solved numerically. Numerical results show that broad and off-axis beam density profiles can significantly increase the beam ion beta threshold for instability and decrease mode frequency.
高周波フィッシュボーン不安定性は、接線方向中性粒子ビーム入射を伴うプリンストン・ベータ実験において、通過高エネルギー粒子によって駆動されることが初めて報告された（Heidbrinkら 1986 Phys. Rev. Lett. 57835–8）。この不安定性は、α粒子が主に通過粒子であるITER類似の燃焼プラズマにおいて重要な役割を果たす可能性がある。本研究では、通過粒子によるフィッシュボーン不安定性の駆動に関する理論モデルを改良するため、一般化された高エネルギー粒子分布関数と有限ドリフト軌道幅効果を考慮する。ドリフト軌道幅がゼロの純粋な通過高エネルギー粒子の場合、運動エネルギー は解析的に導出される。導出された解析式は、先行研究の結果（Wang 2001 Phys. Rev. Lett. 865286–8）と比較してより高精度である。一般化された高エネルギー粒子分布関数に対しては、フィッシュボーン分散関係式が導出され、数値的に解かれる。数値計算の結果、広がったオフアクシス・ビーム密度分布は、不安定性のビームベータ閾値 を有意に増加させ、モード周波数を低下させることが示された。