The paper presents the first reported observation of high frequency Alfvén eigenmode excitation on the ASDEX Upgrade tokamak. The mode is driven in a novel way using radio frequency (RF) wave acceleration of either beam-injected deuterium ions or thermal He-3 minority ions in a three-ion heating scenario. In the case of beam ion acceleration, the instability only appears during deuteron acceleration at the third beam ion cyclotron harmonic (wave frequency ω = 3ΩD where ΩD is the deuterium cyclotron frequency), as the mode is not detected during the more commonly used second harmonic/minority heating scenario or in the absence of beam-injected ions. The mode frequency is around 0.6–0.7ΩD, where ΩD is evaluated in the low-field side plasma edge, and tracks the magnetic field B and the edge plasma electron density ne via the Alfvénic relation ω ∼ B ne−1/2. The mode does not appear as a single frequency wave but as a bundle of closely spaced (in frequency) sub-modes. When the parallel beam ion velocity component is increased, the sub-mode frequency spacing is observed to decrease, possibly due to a change in the eigenmode structure. Under certain conditions, typically in discharges with a relatively low plasma current, IP < 0.7 MA, the mode appears to be driven directly by sub-Alfvénic deuterium beam ions. Absolute measurements of the mode amplitude show that at least 1% of the beam-injected power is transferred non-collisionally to the instability. While this is too low for practical alpha-channeling applications, discharges are planned with the aim of increasing the level of power transferred non-collisionally between fast ions and the instability.
本論文は、ASDEX Upgradeトカマクにおける高周波アルフヴェン固有モード励起の初めての観測報告を示す。このモードは、三イオン加熱シナリオにおいて、ビーム入射重水素イオンまたは熱的He-3少数イオンのいずれかを無線周波数(RF)波で加速するという新しい方法で駆動される。ビームイオン加速の場合、不安定性は第3ビームイオンサイクロトロン高調波(波周波数ω = 3ΩD、ここでΩDは重水素サイクロトロン周波数)での重陽子加速中にのみ現れ、より一般的に使用される第2高調波/少数イオン加熱シナリオ中やビーム入射イオンがない場合にはモードは検出されない。モード周波数は約0.6–0.7ΩDであり、ここでΩDは低磁場側プラズマ端で評価され、アルフヴェン的関係ω ∼ B ne−1/2を介して磁場Bおよび端部プラズマ電子密度neに追従する。モードは単一周波数の波として現れるのではなく、周波数が密接に間隔を置いたサブモードの束として現れる。平行ビームイオン速度成分が増加すると、サブモード周波数間隔は減少することが観測され、おそらく固有モード構造の変化によるものと考えられる。特定の条件下、典型的には比較的低いプラズマ電流IP < 0.7 MAの放電では、モードは亜アルフヴェン的重水素ビームイオンによって直接駆動されるように見える。モード振幅の絶対測定により、ビーム入射パワーの少なくとも1%が非衝突的に不安定性へ転送されることが示される。これは実用的なアルファチャネリング応用には低すぎるが、高速イオンと不安定性の間で非衝突的に転送されるパワーレベルを増加させることを目的とした放電が計画されている。