The Type-I edge localized mode (ELM) crash dynamics is investigated for the MAST Upgrade (MAST-U) spherical tokamak plasma through nonlinear two-fluid BOUT++ simulations. Contrary to conventional peeling–ballooning paradigms, in this work the ELM crashes in MAST-U are found to be triggered by resistive ballooning modes with growth rates scaling as , accompanied by formation of n= 20–25 (n is the toroidal mode number) filamentary structures during nonlinear evolution. Parametric scans of the plasma resistivity () reveal an inverse proportionality between the ELM size and resistivity, assuming plasma profiles independent of resistivity, aligning with prior MAST experimental observations but contrary to the classical resistive ballooning theory. Linear two-fluid simulations corroborate this anomalous scaling, while analysis of the numerical data identifies a critical stabilizing mechanism: electromagnetic-to-thermal energy exchange reduces the ELM size at high resistivity. Furthermore, nonlinear simulations demonstrate that the bootstrap current—though inactive in linear instability drives—amplifies pedestal collapse in the MAST-U scenario.
Type-I edge localized mode (ELM) のクラッシュダイナミクスは、MAST Upgrade (MAST-U) 球状トカマクプラズマに対して、非線形二流体 BOUT++ シミュレーションによって調査される。従来の peeling–ballooning パラダイムとは対照的に、この研究では、MAST-U における ELM クラッシュは、成長率が にスケーリングする抵抗性バルーニングモードによって引き起こされ、非線形発展中に n= 20–25（n はトロイダルモード数）のフィラメント構造の形成を伴うことが見いだされる。プラズマ抵抗率（ ）のパラメトリックスキャンは、プラズマプロファイルが抵抗率に依存しないと仮定すると、ELM サイズと抵抗率の間の反比例を明らかにし、これは以前の MAST 実験観測と一致するが、古典的な抵抗性バルーニング理論とは逆である。線形二流体シミュレーションはこの異常なスケーリングを裏付け、一方、数値データの解析は重要な安定化メカニズムを特定する：電磁エネルギーから熱エネルギーへの交換が高抵抗率での ELM サイズを減少させる。さらに、非線形シミュレーションは、ブートストラップ電流が—線形不安定性の駆動には不活性であるが—MAST-U シナリオにおけるペデスタル崩壊を増幅することを示す。