In the EAST experiments with neutral beam injection and at a low electron density, fishbone instabilities characterized by mode numbers m/n = 1/1, 2/2 have been observed. The simultaneous growth of these modes, particularly m/n = 1/1 and m/n = 2/2, results in a decrease in neutron emission at the plasma core. As the electron density continues to decrease, the beta-induced Alfvén eigenmode (BAE) emerges, replacing the m/n = 2/2 fishbone just before a more severe sawtooth crash occurs. Numerical simulations with the global kinetic-magnetohydrodynamic (MHD) code M3D-K show that the m/n = 2/2 high frequency fishbone branch is linearly stable, but nonlinearly grows due to the coupling with the m/n = 1/1 low frequency fishbone branch. The m/n = 2/2 fishbone frequency is almost twice of the m/n = 1/1 fishbone, and both fishbone frequencies chirp down together. The mode frequencies and structures of the simulated fishbones are consistent with the experimental measurements. In addition, a BAE with m/n = 2/2 is observed in the late nonlinear stage of the simulation. Energetic particle nonlinearity is dominant for the m/n = 2/2 fishbone saturation and transition to BAE. In particular, the transition from m/n = 2/2 fishbone to BAE is found to be the consequence of fast ion redistribution due to the fishbone instability.
EAST実験において、中性粒子ビーム入射かつ低電子密度の条件下で、モード数 m/n = 1/1, 2/2 を特徴とするフィッシュボーン不安定性が観測された。これらのモード、特に m/n = 1/1 と m/n = 2/2 の同時成長は、プラズマ中心部における中性子放出の減少をもたらす。電子密度が低下し続けるにつれて、より深刻な鋸歯状クラッシュが発生する直前に、ベータ誘起アルヴェン固有モード（BAE）が現れ、m/n = 2/2 フィッシュボーンを置き換える。大域的運動論的MHDコードM3D-Kを用いた数値シミュレーションは、m/n = 2/2 高周波フィッシュボーン分枝が線形安定であるが、m/n = 1/1 低周波フィッシュボーン分枝との結合によって非線形的に成長することを示している。m/n = 2/2 フィッシュボーンの周波数は m/n = 1/1 フィッシュボーンのほぼ2倍であり、両方のフィッシュボーン周波数は共に下方チャープする。シミュレーションされたフィッシュボーンのモード周波数と構造は、実験測定と一致している。さらに、m/n = 2/2 のBAEがシミュレーションの非線形後期段階で観測される。高エネルギー粒子の非線形性は、m/n = 2/2 フィッシュボーンの飽和およびBAEへの遷移において支配的である。特に、m/n = 2/2 フィッシュボーンからBAEへの遷移は、フィッシュボーン不安定性による高速イオン再分布の結果であることが見出された。