The sawtooth-free hybrid scenario has been achieved recently in ASDEX Upgrade (AUG) with applied non-inductive current sources and auxiliary heating (Burckhart et al 2023 Nucl. Fusion63 126056). Control experiments in AUG suggest that the self-regulating magnetic flux pumping mechanism, characterized by anomalous current redistribution, is responsible for clamping the central safety factor (q0) close to unity, thereby preventing the sawtooth onset. This work presents a numerical and theoretical investigation of flux pumping in the AUG hybrid scenario based on the two-temperature, visco-resistive, full magnetohydrodynamic (MHD) model with the JOREK code. To quantitatively model the flux pumping, we choose realistic parameters, plasma configurations, and source terms based on AUG experiments. During the initial saturation stage of the unstable 1/1 quasi-interchange mode (on millisecond timescales, i.e. thousands of Alfvén times), q0 exhibits fast under-damped oscillation and reaches a value closer to unity, which is attributed to the self-regulation of core plasma and the fast dynamo effect on the order of V m−1. On the longer resistive diffusion timescale of seconds (millions of Alfvén times), the slow negative dynamo effect on the order of mV m−1 induced by the 1/1 MHD instability plays an effective role in flux pumping, which provides quantitative agreement with experimental observations for the first time. The final saturated 1/1 MHD instability exhibits features of the quasi-interchange mode and tearing mode, and the associated convective plasma flow velocity is a few m s−1. The toroidal negative electric field from the slow dynamo dominantly offsets the positive current drive and continuously redistributes the current density and pressure. As a result, q0 is maintained close to unity due to the low-shear profiles of current density and pressure in the plasma core, and the system enters into a sawtooth-free and quasi-stationary helical state.
無反転ハイブリッドシナリオは、最近ASDEX Upgrade（AUG）において、非誘導電流源と補助加熱を印加することで実現された（Burckhart et al 2023 Nucl. Fusion63 126056）。AUGでの対照実験は、異常電流再分配を特徴とする自己制御型磁束ポンピング機構が、中心安全係数（q0）を1付近にクランプし、それによって鋸歯状振動の発生を防いでいることを示唆している。本研究は、JOREKコードによる二温度、粘性抵抗性、完全磁気流体力学（MHD）モデルに基づいて、AUGハイブリッドシナリオにおける磁束ポンピングの数値的および理論的調査を提示する。磁束ポンピングを定量的にモデル化するために、AUG実験に基づく現実的なパラメータ、プラズマ配位、およびソース項を選択する。不安定な1/1準交換モードの初期飽和段階（ミリ秒の時間スケール、すなわち数千回のアルフヴェン時間）の間、q0は速い不足減衰振動を示し、1により近い値に達する。これは、コアプラズマの自己調整と、V m−1のオーダーの高速ダイナモ効果に帰属される。秒のより長い抵抗拡散時間スケール（数百万回のアルフヴェン時間）では、1/1 MHD不安定性によって誘起されるmV m−1のオーダーの遅い負のダイナモ効果が磁束ポンピングにおいて効果的な役割を果たし、実験観測と初めて定量的に一致する。最終的な飽和1/1 MHD不安定性は、準交換モードとテアリングモードの特徴を示し、関連する対流プラズマ流速は数m s−1である。遅いダイナモからのトロイダル方向の負の電場は、正の電流駆動を支配的に相殺し、電流密度と圧力を継続的に再分配する。その結果、q0はプラズマコアにおける電流密度と圧力の低シアープロファイルにより1付近に維持され、系は無反転で準定常的なヘリカル状態に入る。