Recent experiments in the Joint European Torus (JET) have provided evidence of sawtooth stabilization by fast ions arising from deuterium neutral beam injection (NBI). A possible theoretical basis for the interpretation of the observed sawtooth period behaviour is investigated and predictions are compared with experimental results, using a sawtooth period model developed to predict the sawtooth period in the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Unlike the case of ion cyclotron resonance heating, a detailedcomparison between theory and experiment for NBI has not yet been made.In the model employed in this paper,a beam ion contribution to the internal kink potential energy has been incorporated, using a simple analytical expression valid in the limit of isotropic fast particles.This analytical expression has been found to compare well withdetailed calculations performed with a hybrid kinetic/MHD code NOVA-K, using fast particle distribution functions computed with a plasma analysis code TRANSP. The beam ion contribution has been implemented in a transport code PRETOR and a few representative JET discharges have been analysed and modelled. The beam ion term is found to be sufficiently stabilizing to produce simulated sawtooth periods in agreement with the experimental results. Sawtooth periods computed without taking this term into account are much shorter than the measured periods. The model indicates that sawteeth are triggered in these JET discharges by excitation of the internal kink in the semi-collisional ion-kinetic regime: this was found by previous authors to be the sawtooth trigger most likely to be relevant to ITER. The role of beam ions in determining the sawtooth period in JET is thus found to be similar to the predicted role of α-particles in ITER.
最近のJET（共同欧州トーラス）における実験では、重水素中性粒子ビーム入射（NBI）によって生じる高速イオンによる鋸歯状振動の安定化の証拠が得られている。観測された鋸歯状振動周期の挙動を解釈するための理論的基盤の可能性が検討され、その予測結果が実験結果と比較されている。この比較には、国際熱核融合実験炉（ITER）における鋸歯状振動周期を予測するために開発された鋸歯状振動モデルが用いられている。イオンサイクロトロン共鳴加熱の場合とは異なり、NBIに関する理論と実験の詳細な比較はこれまで行われていなかった。本論文で用いたモデルでは、等方的な高速粒子の極限で有効な簡潔な解析的表現を用いて、内部キンクのポテンシャルエネルギーに対するビームイオンの寄与が組み込まれている。この解析的表現は、プラズマ解析コードTRANSPを用いて計算された高速粒子分布関数を用いたハイブリッド運動論的/MHDコードNOVA-Kによる詳細な計算とよく一致することが確認されている。ビームイオンの寄与は輸送コードPRETORに実装され、いくつかの代表的なJET放電が解析・モデル化された。この項を考慮しない場合に計算される鋸歯状振動周期は測定値よりもはるかに短いのに対し、ビームイオンの項は十分な安定化効果をもたらし、実験結果と一致する鋸歯状振動周期が得られることが見出された。このモデルは、これらのJET放電における鋸歯状振動が、半衝突イオン運動論的領域における内部キンクの励起によって引き起こされることを示している。これは、先行研究においてITERに最も関連性が高いとされた鋸歯状振動のトリガー機構である。したがって、JETにおける鋸歯状振動周期の決定におけるビームイオンの役割は、ITERにおけるα粒子の役割と同様であることが見出された。