Fishbone instabilities and internal transport barriers (ITBs) are frequently and sequentially observed in tokamak plasmas. Recently, the relationship between fishbone instabilities and ITBs was numerically studied, mainly on the basis of experimental results (Liu et al 2020 Nucl. Fusion60 122001). It was identified that a radial electric field can be generated by the fishbone itself, which may act as a trigger for ITB formation. To gain a deeper understanding of this subject, in this work we further demonstrate the multiple interactions between fishbone instability and ITBs in Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) experiments (discharge #56933) using the hybrid kinetic-MHD code M3D-K. In multiple-n simulations, it is found that a zonal electric field can be induced in the nonlinear fishbone stage, leading to a relatively large E × B zonal flow that is sufficient to suppress the dominant microinstability before ITB formation; this should account for ITB triggering. After the ITB is triggered, the equilibrium pressure gradient increases and fast ions from the neutral beam injection accumulate in the ITB region. Linear simulations are performed to analyze the effect of ITB formation on fishbone instability. It is shown that due to the change of the pressure gradient during ITB expansion, the change in the bootstrap current density profile modifies the q-profile and then stabilizes the fishbone mode. Additionally, the accumulation of the fast ions leads to a broadening of fast ion distribution around the ITB region, which also has a stabilizing effect on the fishbone mode.
魚骨不安定性と内部輸送障壁（ITB）は、トカマクプラズマにおいて頻繁かつ連続的に観測される。近年、魚骨不安定性とITBの関係が、主に実験結果に基づいて数値的に研究された（Liuら 2020 Nucl. Fusion 60 122001）。魚骨自体によって径方向電場が生成され得ることが特定され、それがITB形成の引き金となる可能性がある。この主題をより深く理解するために、本研究では、ハイブリッド運動論的MHDコードM3D-Kを用いて、EAST実験（放電#56933）における魚骨不安定性とITBの間の多重相互作用をさらに実証する。複数nのシミュレーションでは、非線形魚骨段階においてゼロ平均径方向電場（ゾーナルフロー）が誘起され得ることが見出され、それにより比較的大きなE × Bゾーナルフローが生じ、ITB形成前に支配的な微視的不安定性を抑制するのに十分であることが示された。これはITBの引き金を説明するものである。ITBが形成された後、平衡圧力勾配が増大し、中性粒子ビーム入射からの高速イオンがITB領域に蓄積する。線形シミュレーションを実施し、ITB形成が魚骨不安定性に及ぼす影響を解析した。ITBの拡大中の圧力勾配の変化により、ブートストラップ電流密度分布の変化がq分布を修正し、魚骨モードを安定化することが示された。さらに、高速イオンの蓄積によりITB領域周辺の高速イオン分布が広がり、これも魚骨モードの安定化に寄与することが示された。