The present paper reports the observation of shear Alfvénic wave fluctuations prior to the edge localized mode (ELM) crash in HL-2A NBI H-mode plasmas. These Alfvénic fluctuations are principally attributed to the contributions of unstable toroidal Alfvén eigenmodes (TAEs). Strong nonlinear mode couplings (NMCs) are identified between the dominant TAEs with and low frequency magnetohydrodynamic (MHD) mode (kink or fishbone) with n = 1 before the ELM crash. TAEs exhibit pitch-fork phenomena, growing explosively into a bursty instability. These explosive events have two distinct fine structures, i.e. multi-mode and pitch-fork. The two kinds of structures can coexist, but the intense NMC leads to weakening or disappearance of the pitch-fork structure. The modes then blow-up instantaneously. Such nonlinear events indicate that the NMC may redistribute energetic particles (EPs), destroy hole-clump pairs in phase-space and potentially induce nonlinear three-wave mixing. Consequently, we find and identify the first evidence that the TAE nonlinear dynamics triggers the onset of ELMs and pedestal collapse within several hundred Alfvén time and that this process correlates with the irregular-shaped ELM featured by multiple peaks in Dα signals. The experimental results manifest that the nonlinear dynamics of Alfvén fluctuations may furnish an additional perturbation with the EP pressure on the pedestal. This pressure perturbation can move closer to the MHD limit so that the ELM trigger is determined by the NMC and edge stability. These findings can advance our understanding of the triggering mechanism of an ELM event, and further highlight the significance of incorporating kinetic effects of EPs in the present models of ELM physics, such as the famous code BOUT++.
本論文は、HL-2A NBI Hモードプラズマにおけるエッジ局在モード（ELM）クラッシュの前に観測されたシア・アルヴェン波動揺動について報告するものである。これらのアルヴェン揺動は、主に不安定なトロイダル・アルヴェン固有モード（TAEs）の寄与に帰属される。強い非線形モード結合（NMCs）が、ELMクラッシュ前に、支配的なTAEと、n = 1を持つ低周波数MHDモード（キンクまたはフィッシュボーン）との間に同定された。TAEはピッチフォーク現象を示し、爆発的に成長してバースト的不安定性となる。これらの爆発的イベントは、マルチモードとピッチフォークという2つの異なる微細構造を持つ。2種類の構造は共存できるが、強いNMCはピッチフォーク構造の弱体化または消失をもたらす。その後、モードは瞬間的に爆発する。そのような非線形イベントは、NMCが高エネルギー粒子（EPs）を再分布させ、位相空間におけるホール・クランプ対を破壊し、非線形三波混合を誘起し得ることを示している。その結果、我々は、TAE非線形力学が、数百アルヴェン時間以内にELMの開始とペデスタル崩壊を引き起こし、この過程がDα信号における複数のピークを特徴とする不規則形状ELMと相関することを示す最初の証拠を見出し、特定した。実験結果は、アルヴェン揺動の非線形力学が、ペデスタル上でEP圧力とともに追加の摂動を与える可能性があることを明らかにしている。この圧力摂動はMHD限界により近づくことができ、それによりELMトリガーはNMCとエッジ安定性によって決定される。これらの発見は、ELMイベントのトリガー機構の理解を進め、さらに、有名なコードBOUT++などの現在のELM物理モデルにEPsの運動論的効果を組み込むことの重要性を強調するものである。