Finite orbit width (FOW) effects on energetic particle induced geodesic acoustic modes (EGAMs) are investigated using gyrokinetic theory. A dispersion relation is derived, accounting for the FOW effects and assuming a double-shifted Maxwellian distribution in parallel velocity for energetic particles. Numerical solutions of the dispersion relation show good agreement with gyrokinetic simulations. The FOW effects are shown to enhance EGAM damping, consistent with their conventional role in GAM dynamics. Interestingly, when the FOW becomes large enough, a new unstable EGAM branch, referred to as δEGAM, emerges at a higher frequency than the GAM. This phenomenon is consistent with recent analytic EGAM results obtained using a slowing-down distribution for energetic particles. Depending on the safety factor and the parallel velocity shift of energetic particles, the δEGAM shows two distinct destabilization patterns and its relationship with the GAM. Based on these characteristics, the δEGAM is classified into two types, each showing a distinct energetic particle density threshold and frequency range. If energetic particles exhibit a positive slope at the FOW-induced transit resonance, their kinetic energy is transferred to the δEGAM via inverse Landau damping.
有限軌道幅(FOW)効果が高エネルギー粒子誘起測地線音響モード(EGAM)に及ぼす影響を、ジャイロ運動論を用いて調べた。FOW効果を考慮し、高エネルギー粒子の平行速度に関する二重シフトマクスウェル分布を仮定して、分散関係を導出した。分散関係の数値解はジャイロ運動論シミュレーションと良好に一致することを示した。FOW効果は、GAM力学における従来の役割と整合的に、EGAM減衰を増強することが示された。興味深いことに、FOWが十分に大きくなると、GAMより高い周波数に、δEGAMと呼ばれる新しい不安定EGAM分岐が現れる。この現象は、高エネルギー粒子のスローリングダウン分布を用いて得られた最近の解析的EGAM結果と整合的である。安全係数と高エネルギー粒子の平行速度シフトに依存して、δEGAMは2つの異なる不安定化パターンとGAMとの関係を示す。これらの特性に基づき、δEGAMは2つのタイプに分類され、それぞれ異なる高エネルギー粒子密度閾値と周波数範囲を示す。高エネルギー粒子がFOW誘起通過共鳴において正の勾配を示す場合、その運動エネルギーは逆ランダウ減衰を介してδEGAMに移動する。