Hybrid MHD-gyrokinetic code simulations are used to investigate the dynamics of frequency sweeping reversed shear Alfvén eigenmode (RSAE) strongly driven by energetic particles (EPs) during plasma current ramp-up in a conventional tokamak configuration. A series of weakly reversed shear equilibria representing time slices of long timescale MHD equilibrium evolution is considered, where the self-consistent RSAE-EP resonant interactions on the short timescale are analyzed in detail. Both linear and non-linear RSAE dynamics are shown to be subject to the non-perturbative effect of EPs by maximizing wave-EP power transfer. In the linear stage, EPs induce evident mode structure and frequency shifts; meanwhile, RSAE saturates by radial decoupling with resonant EPs due to weak magnetic shear, and gives rise to global EP convective transport and fast frequency chirping in the non-adiabatic regime. The spatiotemporal scales of phase space wave-EP interactions are characterized by the perpendicular wavelength and wave-particle trapping time. The simulations provide insights into general as well as specific features of the RSAE spectra and EP transport in experimental observations, and illustrate the fundamental physics of wave-EP resonant interaction with the interplay of the magnetic geometry, plasma non-uniformity and non-perturbative EPs. Possible application for understanding the non-adiabatic frequency chirping as convective and relaxation branches is also discussed.
ハイブリッドMHD-ジャイロ運動論コードシミュレーションを用いて、従来型トカマク配位におけるプラズマ電流立ち上げ中に高エネルギー粒子（EPs）によって強く駆動される反転シア・アルフヴェン固有モード（RSAE）の動力学を調べた。長時間スケールのMHD平衡発展の時間断面を表す一連の弱反転シア平衡を考慮し、短時間スケールでの自己無撞着なRSAE-EP共鳴相互作用を詳細に解析した。線形および非線形のRSAE動力学はともに、波動-EPエネルギー伝達を最大化するEPの非摂動効果の影響を受けることが示される。線形成長段階では、EPsは明確なモード構造と周波数シフトを誘起する。一方、RSAEは弱い磁気シアに起因する共鳴EPsとの径方向デカップリングによって飽和し、非断熱領域においてグローバルなEP対流輸送と高速周波数チャープを引き起こす。位相空間における波動-EP相互作用の時空間スケールは、垂直波長と波動粒子捕捉時間によって特徴づけられる。シミュレーションは、実験観測におけるRSAEスペクトルとEP輸送の一般的および特定的な特徴に対する洞察を提供し、磁気幾何学、プラズマ非一様性、非摂動EPsの相互作用による波動-EP共鳴相互作用の基礎物理を明らかにする。さらに、非断熱周波数チャープを対流分枝と緩和分枝として理解するための応用可能性についても議論する。