In fusion plasmas, α particles are crucial for achieving self-sustained burning conditions. However, toroidal Alfvén eigenmodes (TAE) can induce radial transport of α particles, causing energy loss and potentially quenching the plasma discharge. Recent studies have shown that in the Chinese Fusion Engineering Test Reactor (CFETR) tokamak, the most unstable TAE modes exhibit significantly higher toroidal mode numbers () compared to existing devices (). This implies complex α particle transport with larger radial scales under high-n TAE perturbations. This study investigates the impact of single-n TAE perturbations on α particle transport using the PTC code, focusing on CFETR 2019 steady-state scenario. Three phases of TAE evolution are analyzed: linear growth, weak saturation, and strong saturation. During growth phase, resonant α particles exhibit enhanced energy variations and radial transport compared to non-resonant particles. These particles are transported radially from resonance positions towards the core and boundary of the plasma. In the nonlinear saturated phase, resonant particles form island structures in the phase space, where Θ represents the wave-particle phase, and Pφ is the toroidal angular momentum. Notably, island widths are wider for high-n TAE, indicating increased radial transport. When TAE saturation amplitudes are large, high-n resonance islands overlap radially, leading to substantially enhanced transport scales for associated α particles, particularly pronounced for modes.
核融合プラズマにおいて、α粒子は自己維持燃焼条件の達成に不可欠である。しかし、トロイダル・アルヴェン固有モード(TAE)はα粒子の径方向輸送を誘起し、エネルギー損失を引き起こし、プラズマ放電を消滅させる可能性がある。最近の研究により、中国核融合工学試験炉(CFETR)トカマクにおいて、最も不安定なTAEモードは、既存装置()と比較して有意に高いトロイダルモード数()を示すことが明らかになっている。これは、高n TAE摂動下での、より大きな径方向スケールを伴う複雑なα粒子輸送を示唆する。本研究では、PTCコードを用いて、単一n TAE摂動がα粒子輸送に及ぼす影響を、CFETR 2019定常シナリオに焦点を当てて調査する。TAE発展の3つの位相、すなわち線形成長、弱飽和、強飽和を解析する。成長位相では、共鳴α粒子は非共鳴粒子と比較して、強化されたエネルギー変動と径方向輸送を示す。これらの粒子は共鳴位置からプラズマのコアおよび境界に向かって径方向に輸送される。非線形飽和位相では、共鳴粒子は位相空間において島構造を形成する。ここで、Θは波-粒子位相を表し、Pφはトロイダル角運動量である。特に、島幅は高n TAEほど広く、径方向輸送の増大を示している。TAE飽和振幅が大きい場合、高n共鳴島は径方向に重なり、関連するα粒子の輸送スケールが大幅に増強され、特にモードで顕著である。