Nonlinear 3D MHD simulations and validations reveal that the hybrid particle-MHD transport is a key process for driving the pump-out in the presence of Resonant Magnetic Perturbations (RMPs) in the KSTAR tokamak. Particle transport and the resulting density pump-out by RMPs are shown to be composed of not only the classical flow convection near magnetic islands due to polarization but also the neoclassical ion diffusion across perturbed magnetic surfaces. The latter is known as the Neoclassical Toroidal Viscosity (NTV) and is integrated into nonlinear MHD simulations here for the first time, revealing that the two-stage pump-outs observed in KSTAR experiments are reproduced only with such integrated nonlinear MHD and transport evolution. Near-resonant responses, which have received less attention than the resonant response, play distinct roles in the pump-out along with the island formation. In addition, this modeling is used to investigate the pump-outs in double-null-like plasmas and numerically capture the effect of the double-null shape on the pump-outs, which may explain the difficulty of Edge Localized Mode (ELM) suppression access in double-like plasmas. This reveals new aspects of the impact toroidal geometry and mode coupling have on 3D physics and reveals the importance of near-resonant components in suppressing ELMs.
非線形3D MHDシミュレーションと検証により、KSTARトカマクにおける共鳴磁気摂動(RMP)の存在下でのポンプアウトを駆動する鍵となる過程が、ハイブリッド粒子-MHD輸送であることが明らかになる。RMPによる粒子輸送とそれに伴う密度ポンプアウトは、分極による磁気島近傍の古典的な流れの対流だけでなく、摂動を受けた磁気面を横切る新古典イオン拡散からも構成されることが示される。後者は新古典トロイダル粘性(NTV)として知られており、ここでは初めて非線形MHDシミュレーションに統合され、KSTAR実験で観測された二段階ポンプアウトは、そのような統合された非線形MHDおよび輸送発展によってのみ再現されることが明らかになる。共鳴応答よりも注目されてこなかった近共鳴応答は、島形成とともにポンプアウトにおいて明確な役割を果たす。さらに、このモデリングはダブルヌル類似プラズマにおけるポンプアウトの調査に用いられ、ダブルヌル形状がポンプアウトに与える影響を数値的に捉える。これは、ダブルヌル類似プラズマにおける周辺局在化モード(ELM)抑制へのアクセスの困難さを説明するかもしれない。これにより、トロイダル幾何学とモード結合が3D物理に与える影響の新たな側面が明らかになり、ELM抑制における近共鳴成分の重要性が明らかになる。