A low frequency Alfven eigenmode in the ST40 spherical tokamak (ST) is found to be resonantly excited by thermal ions from global gyrokinetic GTC simulations. The analyses of phase-space resonances and wave-particle energy exchanges show that the Beta-induced Alfvén-Acoustic Eigenmode (BAAE) is primarily driven unstable by thermal ions, but is stabilized by energetic particles (EPs). When all kinetic effects are artificially suppressed, GTC simulations in the ideal magnetohydrodynamic (MHD) limit confirm the existence of the MHD eigenmode with a frequency in the BAAEs gap, as previously found by the ideal MHD code NOVA. The kinetic effects of thermal ions induce a frequency downshift compared to the stable BAAE in the MHD simulations. These results support the verification for global gyrokinetic simulations of the BAAE in the ST. However, the simulations do not explain the experimental observations of the BAAE in the ST40, possibly owing to the limitation of the collisionless gyrokinetic Monte Carlo model for the EPs.
ST40球状トカマク（ST）における低周波アルフヴェン固有モードが、グローバルジャイロ運動論的GTCシミュレーションから、熱イオンによって共鳴励起されることが見出された。位相空間共鳴と波-粒子エネルギー交換の解析は、ベータ誘起アルフヴェン-音響固有モード（BAAE）が主に熱イオンによって不安定化されるが、高エネルギー粒子（EPs）によって安定化されることを示す。すべての運動論的効果を人為的に抑制すると、理想磁気流体力学（MHD）極限でのGTCシミュレーションは、以前に理想MHDコードNOVAによって見出されたように、BAAEギャップ内の周波数を持つMHD固有モードの存在を確認する。熱イオンの運動論的効果は、MHDシミュレーションにおける安定なBAAEと比較して周波数の下方シフトを引き起こす。これらの結果は、STにおけるBAAEのグローバルジャイロ運動論的シミュレーションの検証を支持する。しかしながら、シミュレーションはST40におけるBAAEの実験的観測を説明しない。これはおそらく、EPsに対する無衝突ジャイロ運動論的モンテカルロモデルの限界によるものである。