We perform a systematic simulation study of energetic passing particle-driven instabilities in KSTAR using the kinetic-MHD hybrid code M3D-K. Linear simulation results show that the observed n = 1 mode in the early phase of the discharge is the low-frequency fishbone driven by energetic passing beam ions. The mode frequency computed is in a good agreement with the experimental measurement. Nonlinear simulations show that the frequency of the n = 1 mode jumps up to a higher value corresponding to the β-induced Alfvén eigenmode (BAE). In the later phase of the discharge, the simulated n = 5 mode is identified as a BAE in its linear phase. In the nonlinear phase, the n = 5 mode exhibits a similar frequency jump to a higher value of an energetic particle (EP) mode after mode saturation. Analysis of perturbed beam ion distributions in phase space shows that these new modes in nonlinear stages are driven by new resonances due to nonlinearly evolved beam ion distributions. Further simulations of a beam beta scan for the n = 5 mode show that the frequency jump disappears for a sufficiently small beam beta or beam ion drive. This result may explain the non-existence of frequency jump in the experiment. Finally, the impact of toroidal rotation on mode characteristics is investigated, showing that it has a marginal influence on EP driven modes.
KSTARにおける高エネルギー passing 粒子駆動不安定性の系統的シミュレーション研究を、kinetic-MHDハイブリッドコードM3D-Kを用いて実施する。線形シミュレーション結果は、放電初期相で観測されたn = 1モードが、高エネルギー passing ビームイオンによって駆動される低周波フィッシュボーンであることを示す。計算されたモード周波数は実験計測と良く一致する。非線形シミュレーションは、n = 1モードの周波数がβ誘起アルフヴェン固有モード（BAE）に対応するより高い値へ跳躍することを示す。放電の後期相では、シミュレーションされたn = 5モードはその線形相においてBAEと同定される。非線形相では、n = 5モードはモード飽和後に高エネルギー粒子（EP）モードのより高い値への類似の周波数跳躍を示す。位相空間における摂動ビームイオン分布の解析は、非線形段階におけるこれらの新しいモードが、非線形に発展したビームイオン分布による新しい共鳴によって駆動されることを示す。n = 5モードに対するビームベータ走査のさらなるシミュレーションは、ビームベータまたはビームイオン駆動が十分に小さい場合、周波数跳躍が消失することを示す。この結果は、実験における周波数跳躍の非存在を説明するかもしれない。最後に、トロイダル回転がモード特性に及ぼす影響が調査され、それがEP駆動モードにわずかな影響しか及ぼさないことが示される。