A strong relationship between the fishbone instability and internal transport barrier (ITB) formation has been found on the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) in high βN ELMy H-mode discharges. ITB formation always appears after the fishbone instability, and the fishbone disappears when the ITB grows to a certain extent. Hybrid simulations with the global kinetic-magnetohydrodynamic (MHD) code M3D-K have been carried out to investigate the linear stability and non-linear dynamics of beam-driven fishbone instabilities in these shots. The simulation results show that the fishbone instability absorbs the energy of the fast ions and changes the distribution function of the fast ions, leading to the accumulation of fast ions near the ITB, which might eventually assist in the formation of the ITB. The q = 1 surface disappearance caused by the bootstrap current generated by the steep pressure gradient in the ITB region has been considered as the reason for the fishbone instability vanishing. This process has also been reproduced in simulation. However, the timescale of this change in the q profile is not sufficient under classical current diffusion times. The simulation utilizes another assumption explaining the disappearance of the fishbone instability. The density will form a barrier in the ITB region, which should broaden the distribution of the fast ions, and the broadening profile of the distribution of the fast ion mitigates the growth of the fishbone instability.
高βN ELMy Hモード放電において、Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) でフィッシュボーン不安定性と内部輸送障壁(ITB)形成の間に強い相関関係があることが見出された。ITB形成は常にフィッシュボーン不安定性の後に現れ、ITBがある程度成長するとフィッシュボーンは消滅する。これらのショットにおけるビーム駆動フィッシュボーン不安定性の線形成長と非線形動力学を調査するために、大域的運動論的-電磁流体力学(MHD)コードM3D-Kを用いたハイブリッドシミュレーションが実施された。シミュレーション結果は、フィッシュボーン不安定性が高速イオンのエネルギーを吸収し、高速イオンの分布関数を変化させ、ITB近傍での高速イオンの蓄積をもたらし、最終的にITB形成を補助する可能性があることを示している。ITB領域の急峻な圧力勾配によって生成されるブートストラップ電流によるq=1有理面の消滅が、フィッシュボーン不安定性の消滅の理由と考えられている。この過程はシミュレーションでも再現されている。しかしながら、このq分布の変化の時間スケールは、古典的な電流拡散の下では十分ではない。シミュレーションでは、フィッシュボーン不安定性の消滅を説明する別の仮定を利用している。密度がITB領域で障壁を形成し、それによって高速イオンの分布が広がり、その分布の広がりがフィッシュボーン不安定性の成長を抑制するというものである。