A detailed study has been made of the onset and behaviour of (m = 3, n = 2) neoclassical tearing modes (NTMs) on JET, validating many of the underlying concepts in NTM physics. In particular, fitting onset thresholds in terms of the correctly motivated physics parameters produces scalings closer to theoretical expectations. The use of such locally measured parameters also removes previous inconsistencies in the data between different divertor configurations. The evolution of island size with β confirms the predicted levels of bootstrap current, and highlights the role of small island size stabilization terms, which give rise to a seeding requirement for NTMs from some other instability. This seeding requirement is confirmed, and is generally provided by sawteeth in the cases studied here. Although there are a variety of possible seeding mechanisms, for the particular cases studied here, it appears doubtful that the seeds are induced by magnetic coupling. In particular the NTM always appears well below the n = 2 sawtooth precursor harmonic frequency—although they often lock together once the NTM has grown close to saturation. Also, while plasma rotation profiles are favourable for a three wave interaction involving (4, 3) and n = 1 modes, with irregular matches to the appropriate mode frequency condition, there is no clear correlation between such matches and (3, 2) NTM growth rates. Thus, other seeding models should be considered—we have discussed two possibilities: a temporary change to classical tearing stability due to the sawtooth, and flow variation leading to a change in ion polarization current polarity, but neither of these are yet confirmed by the data. A complete resolution of this issue is essential if a predictive theory of NTMs is to be obtained, but it requires further, more detailed experimental measurements, and development of theoretical models. Finally, the nature of the (4, 3) NTM has also been explored. This mode also requires a seed perturbation to be triggered (in these cases supplied by a sawtooth), and occurs at similar local parameter values as the (3, 2) NTM, but with lower heating powers and βN. A cascade process emerges in which successively lower mode number NTMs occur as β is raised.
(m = 3, n = 2)新古典ティアリングモード(NTM)の発生と挙動について、JETにおいて詳細な研究が行われ、NTM物理における多くの基礎的概念が検証された。特に、適切に動機付けられた物理パラメータを用いて閾値をフィッティングすると、理論的スケーリングにより近い結果が得られる。このような局所測定パラメータを用いることで、異なるダイバータ配位間におけるデータの不整合も解消された。島幅のβに対する発展は、ブートストラップ電流の予測値を裏付けるものであり、また、小さい島幅における安定化項の重要性を浮き彫りにした。この安定化項は、何らかの他の不安定性によるNTMのシーディング(種付け)要件を生じさせる。このシーディング要件は確認されており、本研究で扱った事例においては、一般に鋸歯状振動によって満たされる。考え得るシーディング機構は多様であるが、本研究で扱った特定の事例に関しては、磁気結合によってシードが誘起された可能性は低いと思われる。特に、NTMは常にn = 2の鋸歯状前駆体高調波周波数よりもかなり低い周波数で現れた——ただし、NTMが飽和に近づくと、両者はしばしばロック(位相固定)を起こした。また、プラズマ回転プロファイルは、(4, 3)モードとn = 1モードを含む三波結合に有利な状態にあったが、対応するモード周波数整合条件への不規則な一致と、(3, 2)NTMの成長率との間に明確な相関は見られなかった。したがって、他のシーディングモデルを検討すべきであり、本論文では二つの可能性を議論した:鋸歯状振動による古典的ティアリング安定性の一時的な変化、およびイオン分極電流の極性変化をもたらすフロー変動である。しかし、いずれもデータによってはまだ確認されていない。NTMの予測理論を確立するためには、この問題の完全な解決が不可欠であり、そのためには、より詳細な実験測定と理論モデルの発展がさらに必要である。最後に、(4, 3)NTMの性質についても調査が行われた。このモードもまた、トリガーとなるシード摂動を必要とし(本研究の事例では鋸歯状振動によって供給された)、(3, 2)NTMと同様の局所パラメータ値で発生するが、より低い加熱パワーおよびβ_Nで発生する。βを上昇させると、より低いモード数のNTMが順次発生するカスケード過程が現れる。