Direct interactions between the n = 1 (n is the toroidal mode number) resistive internal kink instability and relativistic runaway electrons (REs) in a post thermal quench toroidal plasma are numerically investigated. A recently developed hybrid model, where the runaway current is treated as a fluid component, is adopted to study how REs affect the internal kink stability and the associated eigenmode structure. The RE-modified internal kink perturbation is in turn superposed with the equilibrium field, in order to study the effects of 3D fields on the drift orbits of REs and consequently on the RE confinement and loss. Results are compared with that assuming the single fluid model for the runaway beam. It is found that REs destabilize the resistive internal kink mode, leading to a better recovery (compared to the standard single fluid model) of the mode growth rate scaling of γ ∼ S−1/3 at lower values of Lundquist number S. Furthermore, REs significantly modify the internal kink eigenfunction inside or near the q = 1 surface. In particular, a new narrow layer forms within the resistive layer, where a strong peaking of the perturbed parallel current develops. The RE contribution is also found to substantially enhance the coupling among poloidal harmonics, in particular between m = 1 and its nearest sidebands. All these changes to the perturbation structure consequently affect the RE drift orbits in the presence of the internal kink instability. Compared to the fluid model, 3D perturbations computed with the more consistent hybrid model lead to less loss of relativistic electrons in the RE beam, when the perturbation level reaches that of the equilibrium field. At lower (but still large) perturbation amplitude (∼10% of the equilibrium field), the internal kink mode has little effect on the RE loss. REs launched within the q = 1 surface always stay confined within the plasma, independent of the field perturbation amplitude (up to the level of the equilibrium field), the beam model adopted (fluid versus hybrid), or the particle traveling direction. On the other hand, the individual drift orbit trajectory is qualitatively sensitive to these factors.
トロイダルプラズマにおけるn = 1（nはトロイダルモード数）抵抗性内部キンク不安定性と相対論的逃走電子（RE）との間の直接的な相互作用を数値的に調査した。逃走電流を流体成分として扱う最近開発されたハイブリッドモデルを採用し、REが内部キンク安定性と関連する固有モード構造にどのように影響するかを研究した。REにより修正された内部キンク摂動を平衡磁場に重ね合わせ、3次元磁場がREのドリフト軌道に及ぼす影響、ひいてはRE閉じ込めと損失に及ぼす影響を調べた。結果は、逃走ビームを単一流体モデルで仮定した場合と比較した。REが抵抗性内部キンクモードを不安定化させ、低いランドキスト数Sにおいてモード成長率スケーリングγ ∼ S−1/3の回復が（標準的な単一流体モデルと比較して）より良好になることが見出された。さらに、REはq = 1面の内部またはその近傍における内部キンク固有関数を有意に修正する。特に、抵抗性層内に新たな狭い層が形成され、そこでは摂動平行電流の強いピーキングが発生する。REの寄与は、ポロイダル高調波間の結合、特にm = 1とその最近傍高調波との間の結合を実質的に強化することも見出された。摂動構造に対するこれらの変化はすべて、内部キンク不安定性の存在下でのREのドリフト軌道に結果として影響を及ぼす。単一流体モデルと比較して、より整合的なハイブリッドモデルで計算された3次元摂動は、摂動レベルが平衡磁場の大きさに達した場合に、逃走ビーム中の相対論的電子の損失を低減させる。低い（しかし依然として大きい）摂動振幅（平衡磁場の約10%）では、内部キンクモードはRE損失にほとんど影響を与えない。q = 1面内で放出されたREは、磁場摂動振幅（平衡磁場の大きさまで）、ビームモデル（流体対ハイブリッド）、または粒子の進行方向に依存せず、常にプラズマ内に閉じ込められたままである。一方、個々のドリフト軌道の軌跡は、これらの因子に対して定性的に敏感である。