Neutral beam injection (NBI) is one of the primary tools foreseen for heating, current drive (CD) and q-profile control in future fusion reactors such as ITER and a Fusion Nuclear Science Facility. However, fast ions from NBI may also provide the drive for energetic particle-driven instabilities (e.g. Alfvénic modes (AEs)), which in turn redistribute fast ions in both space and energy, thus hampering the control capabilities and overall efficiency of NB-driven current. Based on experiments on the NSTX tokamak (M. Ono et al 2000 Nucl. Fusion40 557), the effects of AEs and other low-frequency magneto-hydrodynamic instabilities on NB-CD efficiency are investigated. A new fast ion transport model, which accounts for particle transport in phase space as required for resonant AE perturbations, is utilized to obtain consistent simulations of NB-CD through the tokamak transport code TRANSP. It is found that instabilities do indeed reduce the NB-driven current density over most of the plasma radius by up to ∼50%. Moreover, the details of the current profile evolution are sensitive to the specific model used to mimic the interaction between NB ions and instabilities. Implications for fast ion transport modeling in integrated tokamak simulations are briefly discussed.
中性粒子ビーム入射（NBI）は、将来の核融合炉（ITERや核融合科学施設など）における加熱、電流駆動（CD）、およびqプロファイル制御のために想定されている主要な手段の一つである。しかしながら、NBIからの高速イオンは、高エネルギー粒子駆動型不安定性（例えば、アルフヴェン固有モード（AE））の駆動源となる可能性もあり、その結果、高速イオンが空間的・エネルギー的に再分布され、NB駆動電流の制御能力と全体的な効率を損なうことになる。NSTXトカマク（M. Ono et al 2000 Nucl. Fusion 40 557）での実験に基づき、NB-CDに対するAEおよび他の低周波磁気流体力学的不安定性の影響を調査した。共鳴AE摂動に必要とされる位相空間内の粒子輸送を考慮した新しい高速イオン輸送モデルを用いて、トカマク輸送コードTRANSPによるNB-CDの整合的なシミュレーションを実施した。その結果、不安定性が実際にプラズマ半径の大部分においてNB駆動電流密度を最大約50%低減させることが見出された。さらに、電流プロファイルの時間発展の詳細は、イオンと不安定性の間の相互作用を模擬するために用いる特定のモデルに敏感であることが示された。統合トカマクシミュレーションにおける高速イオン輸送モデリングへの示唆について簡潔に議論する。