Burst events can severely deteriorate the performance of future stellarator fusion reactors by reducing the plasma heating efficiency and confinement. Bursting activity has been observed in Large Helical Device (LHD) operation scenarios strongly heated by neutral beam injectors (NBIs). This study analyzes the performance degradation in LHD discharge , linked to the destabilization of burst events. To that aim, the stability of Alfvén eigenmodes (AEs) and energetic-ion-driven resistive interchange modes (EICs) is analyzed. Linear and nonlinear simulations using the gyro-fluid code FAR3d reproduce the multiple toroidal AEs (TAEs) measured in the frequency range of kHz, leading to the destabilization of an MHD burst (induced by passing energetic particles (EPs) injected by tangential NBI), as well as the destabilization of EICs at around kHz, which causes the EIC burst (caused by helically trapped EPs injected by the perpendicular NBI). This study suggests that burst events can be induced by the nonlinear interaction between passing (tangential NBI) and helically trapped (perpendicular NBI) EP populations, creating a feedback effect that enhances the EP drive. The magnetohydrodynamic (MHD) burst causes of passing EP loss, and the EIC burst up to of trapped EP loss, an EP confinement degradation that may partially explain the decrease in device performance. The analysis also indicates that the EP transport induced during the burst events is ballistic, and linked to avalanche-like processes, leading to intense EP fluxes. In addition, the bursting activity affects the thermal plasma confinement, observed as a decrease in the thermal electron density, reproduced in the simulations as a decay in the thermal plasma pressure. The simulation output shows reasonable agreement with different diagnostic measurements, including the enhanced magnetic perturbations detected by Mirnov coils once the perpendicular NBI operation and bursting activity begin, the intensity and radial location of the radial electric field and shear flows from charge exchange spectroscopy diagnostic data, as well as the instability frequency range and dominant mode numbers calculated from the magnetics data. The main conclusion of the analysis is that the nonlinear feedback between different EP populations can enhance the EP drive, leading to the onset of bursting events and the degradation of burning plasma performance, particularly in scenarios with a large amount of EPs generated by different heating mechanisms that may destabilize the alpha particle population.
バースト事象は、プラズマ加熱効率と閉じ込めを低下させることにより、将来のステラレーター核融合炉の性能を著しく悪化させ得る。バースト活動は、中性粒子ビーム入射装置（NBI）によって強く加熱された大型ヘリカル装置（LHD）の運転シナリオにおいて観測されている。本研究は、バースト事象の不安定化に関連するLHD放電における性能劣化を分析する。その目的のために、Alfvén固有モード（AE）と高エネルギーイオン駆動抵抗性交換モード（EIC）の安定性が分析される。ジャイロ流体コードFAR3dを用いた線形および非線形シミュレーションは、周波数範囲の kHz で測定された複数のトロイダルAE（TAE）を再現し、MHDバースト（接線方向NBIによって注入された通過高エネルギー粒子（EP）によって誘起される）の不安定化、ならびに約 kHz でのEICの不安定化（これは、垂直NBIによって注入されたらせん捕捉EPによって引き起こされるEICバーストを引き起こす）をもたらす。本研究は、バースト事象が、通過（接線方向NBI）およびらせん捕捉（垂直NBI）EP集団間の非線形相互作用によって誘起され得ることを示唆しており、EP駆動を増強するフィードバック効果を生み出す。磁気流体力学（MHD）バーストは通過EP損失の を引き起こし、EICバーストは捕捉EP損失の最大 を引き起こし、これは装置性能の低下を部分的に説明し得るEP閉じ込め劣化である。分析はまた、バースト事象中に誘起されるEP輸送が弾道的であり、雪崩様過程に関連し、強いEPフラックスをもたらすことを示している。さらに、バースト活動は熱プラズマ閉じ込めに影響を及ぼし、熱電子密度の減少として観測され、シミュレーションでは熱プラズマ圧力の減衰として再現される。シミュレーション出力は、さまざまな診断測定と合理的な一致を示す。これには、垂直NBI運転とバースト活動が始まるとミルノフコイルによって検出される増強された磁気摂動、電荷交換分光診断データからの径方向電場とせん断流の強度と径方向位置、ならびに磁気データから計算された不安定性の周波数範囲と支配的なモード数が含まれる。分析の主な結論は、異なるEP集団間の非線形フィードバックがEP駆動を増強し、バースト事象の発生と燃焼プラズマ性能の劣化をもたらし得ることであり、特に異なる加熱機構によって生成された多量のEPがアルファ粒子集団を不安定化させる可能性があるシナリオにおいて顕著である。