High frequency Alfvén eigenmodes in the ion cyclotron frequency range are actively researched on the ASDEX Upgrade tokamak (AUG). The general properties of this particular mode type are: (a) the mode is beam-driven and, if excited, can persist for the entire duration of the beam-on time window; (b) the mode is sub-cyclotron with the frequency ω ∼0.5ωci, where ωci corresponds to the on-axis cyclotron frequency of the beam ions; (c) the mode propagates in the counter-current/counter-injection direction; and (d) the field-aligned (∼toroidal) mode number is large: |n//| ∼50. It has been observed on AUG that radio frequency- (RF)-acceleration of beam-injected ions at the 3rd cyclotron harmonic significantly expands the number of excited modes. In this work we demonstrate how this observation is consistent with the global Alfvén eigenmode (GAE) behavior. The RF-driven fast ion population is modeled using a combination of an orbit-following Monte Carlo code (ASCOT-RFOF) and an electro-magnetic wave code (TORIC). The application of this code combination is a first to model beam-ion RF-acceleration at the 3rd cyclotron harmonic. The RF-accelerated fast ion distributions are then used to analytically calculate anisotropy-driven mode growth rates. We see that the region of positive (unstable) growth rates is expanded by RF-accelerated fast ions in both the frequency and the mode number directions for the GAEs, consistent with the measurements. Although the compressional Alfvén eigenmode growth rates are also positive for our particular fast ion distributions, the growth rate values are ∼3 orders of magnitude lower. The plasma conditions on AUG are more destabilizing to the GAEs. Overall, our results are consistent with the observation of similar modes on other conventional tokamaks, namely JT-60U and DIII-D.
イオンサイクロトロン周波数領域の高周波アルヴェン固有モードは、ASDEX Upgradeトカマク(AUG)で盛んに研究されている。この特定のモードタイプの一般的な特性は次の通りである: (a) モードはビーム駆動であり、励起されると、ビームオン時間窓の全期間にわたって持続し得る; (b) モードはサブサイクロトロンであり、周波数ω ∼0.5ωciを持つ。ここでωciはビームイオンのオン軸サイクロトロン周波数に対応する; (c) モードは逆電流/逆入射方向に伝播する; (d) 磁場に沿った(∼トロイダル)モード数は大きい: |n//| ∼50。AUGでは、第3サイクロトロン高調波におけるビーム入射イオンの無線周波数(RF)加速が、励起されるモードの数を有意に拡大することが観測されている。本論文では、この観測がグローバル・アルヴェン固有モード(GAE)の挙動とどのように整合するかを実証する。RF駆動の高速イオン集団は、軌道追跡モンテカルロコード(ASCOT-RFOF)と電磁波コード(TORIC)の組み合わせを用いてモデル化される。このコード組み合わせの適用は、第3サイクロトロン高調波でのビームイオンRF加速をモデル化する初めてのものである。次に、RF加速された高速イオン分布を用いて、異方性駆動モード成長率を解析的に計算する。GAEについては、周波数方向とモード数方向の両方において、正の(不安定な)成長率の領域がRF加速された高速イオンによって拡大されることが、測定結果と整合して見られる。圧縮性アルヴェン固有モードの成長率も我々の特定の高速イオン分布に対しては正であるが、成長率の値は約3桁低い。AUGのプラズマ条件はGAEに対してより不安定化する。全体として、我々の結果は、他の従来型トカマク、すなわちJT-60UおよびDIII-Dにおける類似モードの観測と整合する。