Modification of a high energy particle distribution by a spectrum of low amplitude modes is investigated using a guiding center code. Only through resonance are modes effective in modifying the distribution. Diagnostics are used to illustrate the mode–particle interaction and to find which effects are relevant in producing significant resonance, including kinetic Poincaré plots and plots showing those orbits with time averaged mode–particle energy transfer. Effects of pitch angle scattering and drag are studied, as well as plasma rotation and time dependence of the equilibrium and mode frequencies. A specific example of changes observed in a DIII-D deuterium beam distribution in the presence of low amplitude experimentally validated Toroidal Alfvèn eigenmodes and reversed shear Alfvèn eigenmodes is examined in detail. Comparison with experimental data shows that multiple low amplitude modes can account for significant modification of high energy beam particle distributions. It is found that there is a stochastic threshold for beam profile modification, and that the experimental amplitudes are only slightly above this threshold.
高エネルギー粒子分布の低振幅モードによる変調を、ガイディングセンターコードを用いて調べた。モードが分布を変調するのは共鳴を通してのみである。モードと粒子の相互作用を例示し、有意な共鳴を生じさせる効果を特定するために、運動論的ポアンカレプロットや、時間平均されたモード・粒子間エネルギー輸送を示すプロットなどの診断手法を用いた。ピッチ角散乱と抗力の効果、ならびにプラズマ回転と平衡およびモード周波数の時間依存性を調べた。低振幅で実験的に検証されたトロイダルアルヴェン固有モードおよび逆シアアルヴェン固有モードの存在下における、DIII-D重陽子ビーム分布の変化の具体例を詳細に検討した。実験データとの比較により、複数の低振幅モードが高エネルギービーム粒子分布の有意な変調を説明し得ることが示された。ビームプロファイル変調には確率的閾値が存在し、実験で観測された振幅はこの閾値をわずかに上回る程度であることが見出された。