The interaction between energetic particles (EPs) and EP-driven magnetohydrodynamic (MHD) instabilities in Heliotron J, a low-shear helical axis stellarator/heliotron, is investigated with MEGA, a hybrid MHD-EP simulation code with the free boundary condition, on the last closed flux surface. The n/m = 1/2 energetic particle mode (EPM) and the n/m = 2/4 global Alfvén eigenmode (GAE) in the peripheral plasma region of Heliotron J are successfully modeled with the free boundary condition. The free boundary condition affects the EP driving rate of the n/m = 1/2 EPM and the n/m = 2/4 GAE through the changes in the mode spatial profile. Under the fixed boundary condition, the linear growth rate of the EP-driven MHD mode with low mode numbers is underestimated. The interaction between EP and these experimentally-observed modes is kinetically analyzed. It is found that the strongest EP–shear Alfvén wave interactions arise from the toroidicity-induced resonances in the high-velocity region. These high-velocity EPs can efficiently interact with the peripheral EP-driven mode. The additional toroidally-asymmetric resonances are localized in the low-velocity region; therefore, their effects are weak for the bump-on-tail EP velocity distribution function.
Heliotron J（低シア・ヘリカル軸ステラレータ／ヘリオトロン）における高エネルギー粒子（EP）とEP駆動型MHD不安定性との相互作用を、自由境界条件を備えたハイブリッドMHD-EPシミュレーションコードMEGAを用いて、最終閉磁気面において調査した。Heliotron Jの周辺プラズマ領域におけるn/m = 1/2高エネルギー粒子モード（EPM）およびn/m = 2/4大域的アルヴェン固有モード（GAE）は、自由境界条件のもとで首尾よく再現された。自由境界条件は、モードの空間分布の変化を通じて、n/m = 1/2 EPMおよびn/m = 2/4 GAEのEP駆動率に影響を及ぼす。固定境界条件のもとでは、低モード数のEP駆動型MHDモードの線形成長率は過小評価される。EPとこれらの実験的に観測されたモードとの相互作用を運動論的に解析した。最も強いEP–シア・アルヴェン波相互作用は、高速度領域におけるトロイダル性誘起共鳴から生じることが見出された。これらの高速度EPは、周辺EP駆動型モードと効率的に相互作用し得る。追加のトロイダル非対称共鳴は低速度領域に局在するため、バンプ・オン・テール型EP速度分布関数に対するそれらの影響は弱い。