Kinetic infernal mode (KIM) is an electromagnetic instability driven by thermal ions in the weak magnetic shear region with a frequency similar to the kinetic ballooning mode (KBM). We present herein the global gyrokinetic simulations of KIM by using the Gyrokinetic Toroidal Code (GTC). It is found that the electromagnetic instability shows a smooth transition from KBM to KIM in both frequency and growth rate when magnetic shear varies from strong to weak, suggesting that KIM and KBM may belong to the same physical mode but exhibit different mode structures due to the influence of magnetic shear. The variation in the spacing of adjacent mode rational surfaces, as revealed by mode structure analysis, is identified as the key mechanism governing the mode transition. Moreover, the magnetic shear and driving source effects are investigated in detail. The simulation results show that KIM prefers to grow on the mode rational surface nearest to the minimum magnetic shear, i.e. where the shear stabilizing effect is weakest, rather than at the location of maximum density gradient or temperature gradient. However, the magnitude of the growth rate is determined by both the magnetic shear and pressure gradient.
運動論的インフェルナルモード (KIM) は、弱い磁気シア領域において熱イオンによって駆動され、運動論的バルーニングモード (KBM) と類似した周波数を持つ電磁不安定性である。本論文では、Gyrokinetic Toroidal Code (GTC) を用いたKIMの大局的ジャイロ運動論シミュレーションを提示する。磁気シアが強から弱へ変化するとき、電磁不安定性は周波数と成長率の両方においてKBMからKIMへの滑らかな遷移を示すことが見出された。これは、KIMとKBMが同じ物理モードに属する可能性があるが、磁気シアの影響により異なるモード構造を示すことを示唆している。モード構造解析によって明らかにされた隣接するモード有理面の間隔の変化が、モード遷移を支配する主要な機構として特定された。さらに、磁気シアと駆動源の影響が詳細に調査された。シミュレーション結果は、KIMが、最大密度勾配または温度勾配の位置ではなく、最小磁気シアに最も近いモード有理面、すなわちシア安定化効果が最も弱い場所で成長することを好むことを示している。しかしながら、成長率の大きさは磁気シアと圧力勾配の両方によって決定される。