Stability of edge-localized modes (ELMs) in spherical tokamaks is explored using the extended MHD model. Linear NIMROD simulations have been performed for three NSTX discharges 132543, 132588, and 141133, to investigate the role of resistivity, diffusivity, and shear flows on the onset of ELMs. The first discharge represents the wide pedestal regime and the later two discharges represent ELM-free enhanced pedestal H-mode. We first present the effect of toroidal rotation shear and find a flow shear destabilizing effect in these NSTX discharges. Simulations are also extended to include the two-fluid and ion gyroviscosity effects. Simulations show that the flow shear can shift the mode spectrum and alter the critical condition of ELM onset. We also uncover that ELM onset prediction in spherical tokamaks requires effects beyond MHD, in particular gyroviscosity and diamagnetic terms could stabilize Peeling-Ballooning modes consistent with the experimental observation of ELM-free regimes in NSTX. The findings give new insight into the nature of the interplay between resistivity, flows, and diamagnetic stabilization in ELM suppression and have potential applications to ELM control schemes in NSTX-U and next-generation spherical tokamaks. This study identifies the essential physical effects that must be included in future predictive and validation simulations.
球状トカマクにおける周辺局在モード(ELM)の安定性を、拡張MHDモデルを用いて調べた。ELMの発生に対する抵抗率、拡散係数、およびせん断流の役割を調べるために、3つのNSTX放電(132543、132588、および141133)について線形NIMRODシミュレーションを実施した。最初の放電はワイドペデスタル領域を表し、後の2つの放電はELMフリーの強化ペデスタルHモードを表す。まず、トロイダル回転せん断の効果を示し、これらのNSTX放電において流れのせん断が不安定化効果を持つことを見いだす。シミュレーションはまた、二流体効果とイオンのジャイロ粘性効果を含むように拡張される。シミュレーションは、流れのせん断がモードスペクトルをシフトさせ、ELM発生の臨界条件を変え得ることを示す。また、球状トカマクにおけるELM発生予測にはMHDを超える効果が必要であり、特にジャイロ粘性項と反磁性項がピーリング・バルーニングモードを安定化し得ることを明らかにする。これはNSTXにおけるELMフリー領域の実験的観測と一致する。これらの知見は、ELM抑制における抵抗率、流れ、および反磁性安定化の間の相互作用の性質に新たな洞察を与え、NSTX-Uおよび次世代球状トカマクにおけるELM制御スキームへの応用の可能性を有する。この研究は、将来の予測および検証シミュレーションに含めなければならない本質的な物理効果を特定するものである。