Dedicated DIII-D experiments studied instabilities above and below the ion cyclotron frequency by injecting thirteen different neutral beam populations into L-mode plasmas with different thermal compositions of H, D, and 3He at five different values of toroidal field. Two companion papers describe the results of these experiments in detail. This paper focuses on data and analysis of two instabilities that occur at of the deuterium and hydrogen cyclotron frequencies and in mixed hydrogen and deuterium plasmas. The modes below are often driven unstable by deuterium beams but are rarely destabilized by hydrogen beams. The modes below are reported here for the first time in a fusion plasma. These modes are only driven by deuterium beams but, unlike the modes, they are only unstable in plasmas with deuterium concentrations that are ; they also have a smaller amplitude than the sub-deuterium modes. Addition of fully-ionized 3He to the plasma has little effect on the sub-cyclotron deuterium modes but is stabilizing for the sub-cyclotron hydrogen modes. The modes are excited in the core and have toroidal mode numbers around 20. These trends are compared with calculations of the growth rate in a simplified model. The theory successfully predicts global Alfvén eigenmode instability with frequencies and mode numbers close to experimental values, the stronger amplitude of the sub-deuterium modes, and the species-mix dependence of the sub-hydrogen modes. Increased damping associated with the ion-ion hybrid, cutoff, and crossover frequencies plausibly accounts for the stabilization of the modes when 3He is puffed. However, the relative stability of modes during hydrogen injection remains unexplained.
専用のDIII-D実験では、13種類の異なる中性粒子ビーム集団を、H、D、3Heの異なる熱組成を持つLモードプラズマに、5種類の異なるトロイダル磁場値で入射することにより、イオンサイクロトロン周波数より上および下の不安定性を研究した。2つの姉妹論文がこれらの実験の結果を詳細に報告している。本論文は、水素と重水素の混合プラズマにおいて、重水素および水素のサイクロトロン周波数の で発生する2つの不安定性に関するデータと解析に焦点を当てている。 より下のモードは、重水素ビームによってしばしば不安定化されるが、水素ビームによって不安定化されることはほとんどない。 より下のモードは、核融合プラズマにおいて初めて報告されるものである。これらの モードは重水素ビームによってのみ駆動されるが、 モードとは異なり、重水素濃度が のプラズマにおいてのみ不安定であり、また モードよりも小さい振幅を有する。完全電離した3Heのプラズマへの添加は、サイクロトロン周波数より下の重水素モードにはほとんど影響を与えないが、サイクロトロン周波数より下の水素モードに対しては安定化効果がある。これらのモードはプラズマ中心部で励起され、トロイダルモード数は約20である。これらの傾向は、簡略化モデルにおける成長率の計算と比較される。この理論は、実験値に近い周波数とモード数を持つグローバル・アルフヴェン固有モードの不安定性、重水素モードのより大きな振幅、および水素モードの種組成依存性を首尾よく予測する。3Heを入射した際の モードの安定化は、イオン-イオン混成、カットオフ、およびクロスオーバー周波数に関連する増大した減衰によってもっともらしく説明される。しかし、水素入射中の モードの相対的安定性は未解明のままである。