The resonant interaction between tearing mode (TM) and energetic ions redistributed by fishbone/sawtooth collapse has been observed recently in HL-2A neutral beam injection-heated high-density plasmas, where m is the poloidal mode number and n is the toroidal mode number. This event essentially results from a synergistic effect with a multiple-mode nature. Understanding such experimental phenomena, especially when using high-power auxiliary heating, is crucial for achieving high-performance plasmas with high confinement and high βN in the prospective thermonuclear fusion reactors. In this work, based on the typical experimental phenomenon of synergy between fishbone/sawtooth and TM on HL-2A, a self-consistent nonlinear hybrid-kinetic simulation is conducted utilizing the experimental parameters and profiles before the occurrence of this synergy as the code M3D-K input. In particular, we focus chiefly on the phase-space transport, loss and redistribution of energetic ions induced by two cases, one with only TM and one with synergy between fishbone/sawtooth and TM. It is found that the synergy of the fishbone/sawtooth and TM on energetic-ion transport, loss and redistribution is important and can dramatically enhance the loss rate of energetic ions compared with the case with only TM. It is due to the fact that such synergy can open up an efficient energetic-ion loss channel which connects the plasma center and edge. The phase space transport and redistribution of energetic ions induced by the two different cases are also respectively analyzed and compared in detail. Because of the overestimation of amplitudes of fishbone/sawtooth and TM in the simulations, the obtained energetic-ion transport level is only limited in the context of the numerical framework. These findings indicate that the synergy triggering the sawtooth collapse may lead to an enhancement of the energetic-ion transport and can help us understand the underlying mechanisms of synergy-induced energetic-ion transport.
HL-2Aの中性粒子ビーム入射加熱高密度プラズマにおいて、m/nフィッシュボーン/ソートゥー崩壊によって再分布された高エネルギーイオンとm/nテアリングモード(TM)との共鳴相互作用が最近観測された。ここで、mはポロイダルモード数、nはトロイダルモード数である。この事象は本質的に、多モード的な性質を持つ相乗効果に起因する。このような実験現象を理解することは、特に高出力補助加熱を用いる場合、将来の熱核融合炉において高閉じ込めと高βNを有する高性能プラズマを実現するために極めて重要である。本研究では、HL-2Aにおけるフィッシュボーン/ソートゥーとTMの間の相乗効果の典型的な実験現象に基づき、この相乗効果の発生前の実験パラメータと分布をコードM3D-Kの入力として用いて、自己無撞着な非線形ハイブリッド運動論的シミュレーションを実施した。特に、m/n TMのみの場合と、m/nフィッシュボーン/ソートゥーとm/n TMの相乗効果がある場合の2つのケースによって誘起される高エネルギーイオンの位相空間輸送、損失、再分布に主に焦点を当てた。フィッシュボーン/ソートゥーとm/n TMの相乗効果は、高エネルギーイオン輸送、損失、再分布に重要であり、m/n TMのみの場合と比較して、高エネルギーイオンの損失率を劇的に増加させ得ることが見い出された。これは、そのような相乗効果が、プラズマ中心と端を結ぶ効率的な高エネルギーイオン損失チャネルを開くことができるためである。2つの異なるケースによって誘起される高エネルギーイオンの位相空間輸送と再分布も、それぞれ詳細に分析され比較された。シミュレーションにおけるフィッシュボーン/ソートゥーとTMの振幅の過大評価のため、得られた高エネルギーイオン輸送レベルは数値的枠組みの中でのみ限定的である。これらの発見は、ソートゥー崩壊を引き起こす相乗効果が高エネルギーイオン輸送の増強をもたらす可能性があることを示しており、相乗効果によって誘起される高エネルギーイオン輸送の根本的なメカニズムの理解に役立ち得る。