The present study is dedicated to analyze the extensive fast ion (FI) induced perturbations in ion cyclotron resonance heating (ICRH) dominated plasmas in JET deuterium–tritium (D–T) discharges, the closest experiment to reactor-like operation. A set of nonlinear simulations are performed with the gyro-fluid FAR3d code to reproduce the FI induced activity and energetic particle (EP) transport observed in the discharge by multiple EP populations. Well validated simulations with JET D–T diagnostics show that Toroidal Alfvén eigenmodes (TAEs) and fish-bone are destabilized by ICRH accelerated passing D and trapped H ions, respectively. Multiple EP simulations show important nonlinear couplings between EP species, leading to a strong effect on the alpha particle confinement even in the alpha particles do not destabilize EP modes. Simulations including trapped H and alpha particles indicate fish-bones may induce alpha particle losses up to . The situation is different with respect to TAEs, which have a smaller impact on the alpha particle transport, leading to negligible losses. In addition, the generation of shear flows during the saturation phase of TAE and fish-bones is observed in the simulations. Shear flows induced by TAEs in the inner-middle plasma region are almost two times larger compared to the shear flows caused by the fish-bone in the inner plasma region. Shear flow generation by AE/fish-bones may have an important impact in the thermal plasma and alpha particle confinement of devices as ITER and JT60SA. Consequently, nonlinear effects in multiple EP populations must be considered in the analysis of EP transport. It is shown that this is a fundamental result that has to be considered to be properly evaluate fusion power in reactor relevant plasmas.
本研究は、炉心類似運転に最も近い実験であるJET重水素–トリチウム(D–T)放電における、イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)が支配的なプラズマ中の広範な高速イオン(FI)誘起摂動を解析することを目的とする。複数のEP集団による放電中に観測されたFI誘起活動と高エネルギー粒子(EP)輸送を再現するために、ジャイロ流体FAR3dコードを用いた一連の非線形シミュレーションが実施される。JET D–T診断を用いて十分に検証されたシミュレーションは、トロイダルアルヴェン固有モード(TAEs)とフィッシュボーンが、それぞれICRHで加速された通過Dイオンと捕捉Hイオンによって不安定化されることを示す。複数EPシミュレーションは、EP種間の重要な非線形結合を示し、アルファ粒子がEPモードを不安定化しない場合でも、アルファ粒子閉じ込めに強い影響を及ぼす。捕捉Hとアルファ粒子を含むシミュレーションは、フィッシュボーンが最大 のアルファ粒子損失を誘起し得ることを示す。TAEsに関しては状況が異なり、アルファ粒子輸送への影響は小さく、無視できる程度の損失となる。さらに、TAEとフィッシュボーンの飽和段階におけるせん断流の生成がシミュレーションで観測される。TAEによって内部-中間プラズマ領域に誘起されるせん断流は、フィッシュボーンによって内部プラズマ領域に引き起こされるせん断流と比較してほぼ2倍大きい。AE/フィッシュボーンによるせん断流生成は、ITERやJT60SAのような装置の熱プラズマおよびアルファ粒子閉じ込めに重要な影響を与える可能性がある。したがって、EP輸送の解析においては、複数のEP集団における非線形効果を考慮しなければならない。これは、炉心関連プラズマにおける核融合出力を適切に評価するために考慮されなければならない基本的な結果であることが示される。