Energetic particle (EP) dynamics and excitation of EP driven instabilities is an important topic of study for the physics of fusion reactors. In this paper we consider EPs injected in the plasma by neutral beams at high energies to heat it. EP species exist far from thermal equilibrium in the form of anisotropic non-Maxwellian distribution functions. EP driven modes, such as Alfvén waves (AWs) and EP driven geodesic acoustic modes (EGAMs), can redistribute EPs in phase-space and harm confinement. We examine the effects of experimental-like anisotropic EP distribution functions on the excitation and the non-linear coupling of such instabilities with the gyrokinetic particle-in-cell code ORB5. The growth rate of EGAMs is found to be sensitively dependent on the phase-space shape of the distribution function as well as on the non-linear wave-wave coupling with AWs. Experimental findings are compared with numerical results.
高エネルギー粒子（EP）ダイナミクスとEP駆動不安定性の励起は、核融合炉の物理学にとって重要な研究テーマである。本論文では、プラズマを加熱するために高エネルギーで中性粒子ビームによりプラズマ中に注入されるEPを考察する。EP種は熱平衡からはるかに離れて存在し、異方性の非マクスウェル分布関数の形をとる。アルヴェン波（AWs）やEP駆動測地線音響モード（EGAMs）などのEP駆動モードは、位相空間内でEPを再分布させ、閉じ込めを損なう可能性がある。我々は、実験に類似した異方性EP分布関数が、そのよウな不安定性の励起および非線形結合に及ぼす影響を、ジャイロ運動論的粒子インセルコードORB5を用いて調べる。EGAMの成長率は、分布関数の位相空間形状と、AWsとの非線形波動-波動結合の両方に敏感に依存することが見出された。実験的知見は数値結果と比較される。