Recurring bursts of chirping Alfvén modes that were observed in JT-60U tokamak plasmas driven by negative-ion-based neutral beams (N-NB) are reproduced in first-principle simulations performed with an extended version of the hybrid code MEGA. This code simulates the interactions between gyrokinetic fast ions and magnetohydrodynamic (MHD) modes in the presence of a realistic fast ion source and collisions, so that it self-consistently captures dynamics across a wide range of time scales (0.01–100 ms). The simulation confirms that the experimentally observed phenomena known as 'fast frequency sweeping (fast FS) modes' are caused by bursts of energetic particle modes (EPM) with dominant toroidal mode number n = 1. On the long time scale (1–10 ms), the simulation reproduces the chirping range (40–60 kHz), the burst duration (few ms) and intervals (5–10 ms). On the short time scale (0.01–0.1 ms), it reproduces pulsations and phase jumps, which we interpret as the result of beating between multiple resonant wave packets. Having reproduced at multiple levels of detail the dynamics of low-amplitude long-wavelength Alfvén modes driven by N-NB ions, the next goal is to reproduce and explain abrupt large-amplitude events (ALE) that were seen in the same experiments at longer time intervals (10–100 ms).
JT-60Uトカマクプラズマで観測されたチャープ状アルフヴェン・モードの反復バーストは、負イオン源中性粒子ビーム(N-NB)で駆動され、ハイブリッドコードMEGAの拡張版を用いた第一原理シミュレーションで再現された。このコードは、現実的な高速イオン源と衝突の存在下でのジャイロ運動論的高速イオンと電磁流体力学(MHD)モードの間の相互作用をシミュレートし、広範囲の時間スケール(0.01〜100 ms)にわたるダイナミクスを自己無撞着に捉える。シミュレーションは、実験的に観測された「高速周波数掃引(fast FS)モード」として知られる現象が、卓越したトロイダルモード数n = 1を持つ高エネルギー粒子モード(EPM)のバーストによって引き起こされることを確認する。長時間スケール(1〜10 ms)では、シミュレーションはチャープ範囲(40〜60 kHz)、バースト持続時間(数ms)、間隔(5〜10 ms)を再現する。短時間スケール(0.01〜0.1 ms)では、パルセーションと位相ジャンプを再現するが、これは複数の共鳴波束間のビーティングの結果であると解釈される。N-NBイオンによって駆動される低振幅・長波長アルフヴェン・モードのダイナミクスを複数の詳細レベルで再現したことから、次の目標は、同じ実験でより長い時間間隔(10〜100 ms)で観測された急峻な大振幅イベント(ALE)を再現し説明することである。