This work studies the stability of the toroidicity-induced Alfvén eigenmodes (TAE) in the proposed ITER burning plasma experiment, which can be driven unstable by two groups of energetic particles, the 3.5 MeV α-particle fusion products and the tangentially injected 1 MeV beam ions. Both species are super-Alfvénic but they have different pitch angle distributions and the drive for the same pressure gradients is typically stronger from co-injected beam ions as compared with the isotropically distributed α-particles. This study includes the effect of anisotropy of the beam ion distribution function on TAE growth rate directly via the additional velocity space drive and indirectly in terms of the enhanced effect of the resonant particle phase space density. For near parallel injection TAEs are marginally unstable if the injection aims at the plasma centre, where the ion Landau damping is strong, whereas with the off-axis neutral beam injection the instability is stronger with the growth rate near 0.5% of the TAE mode frequency. In contrast, for perpendicular beam injection TAEs are predicted to be stabilized in nominal ITER discharges.In addition, the effect of TAEs on the fast ion beta profiles is evaluated by introducing a fast ion redistribution toy model based on a quasi-linear diffusion theory, which uses analytic expressions for the local growth and damping rates. These results illustrate the parameter window that is available for plasma burn when TAE modes are excited.
本研究は、提案されているITER燃焼プラズマ実験におけるトロイダル性誘起アルヴェーン固有モード（TAE）の安定性を調査するものであり、これは2群の高エネルギー粒子、すなわち3.5 MeVのα粒子核融合生成物と接線方向に入射される1 MeVのビームイオンによって不安定化され得る。両種は超アルヴェーン速度であるが、ピッチ角分布が異なり、同じ圧力勾配に対する駆動は、等方的に分布するα粒子と比較して、同方向入射ビームイオンからの方が典型的に強い。本研究は、ビームイオン分布関数の異方性がTAE成長率に及ぼす影響を、追加の速度空間駆動を介して直接的に、また共鳴粒子位相空間密度の増強効果という点で間接的に含めている。ほぼ平行入射の場合、入射がプラズマ中心を狙うと、イオンランダウ減衰が強いためTAEは限界的に不安定となるが、軸外中性粒子ビーム入射では、成長率がTAEモード周波数の約0.5%に近く、不安定性はより強い。対照的に、垂直ビーム入射の場合、TAEは標準的なITER放電において安定化されると予測される。さらに、TAEが高速イオンベータ分布に及ぼす効果は、局所的な成長率と減衰率の解析的表式を用いる準線形拡散理論に基づく高速イオン再分布トイモデルを導入することによって評価される。これらの結果は、TAEモードが励起されたときにプラズマ燃焼に利用可能なパラメータ窓を示している。