Nonlinear magnetohydrodynamic (MHD) effects on Alfvén eigenmode evolution were investigated via hybrid simulations of an MHD fluid interacting with energetic particles. The investigation focused on the evolution of an n = 4 toroidal Alfvén eigenmode (TAE) which is destabilized by energetic particles in a tokamak. In addition to fully nonlinear code, a linear-MHD code was used for comparison. The only nonlinearity in that linear code is from the energetic-particle dynamics. No significant difference was found in the results of the two codes for low saturation levels, δB/B ∼ 10−3. In contrast, when the TAE saturation level predicted by the linear code is δB/B ∼ 10−2, the saturation amplitude in the fully nonlinear simulation was reduced by a factor of 2 due to the generation of zonal (n = 0) and higher-n (n ⩾ 8) modes. This reduction is attributed to the increased dissipation arising from the nonlinearly generated modes. The fully nonlinear simulations also show that geodesic acoustic mode is excited by the MHD nonlinearity after the TAE mode saturation.
非線形磁気流体力学（MHD）効果がアルヴェン固有モードの時間発展に及ぼす影響を、高エネルギー粒子と相互作用するMHD流体のハイブリッドシミュレーションにより調べた。本研究では、トカマク内で高エネルギー粒子によって不安定化されるトロイダルアルヴェン固有モード（TAE）のn=4モードの時間発展に焦点を当てた。完全非線形コードに加えて、線形MHDコードも比較のために用いた。その線形コードにおける非線形性は高エネルギー粒子の動力学のみに由来する。低い飽和レベル（δB/B ∼ 10⁻³）では、両コードの結果に有意な差は見られなかった。対照的に、線形コードが予測するTAEの飽和レベルがδB/B ∼ 10⁻²の場合、完全非線形シミュレーションにおける飽和振幅は、ゾーナル（n=0）モードおよび高次（n ≥ 8）モードの生成により、2倍に減少した。この減少は、非線形的に生成されたモードに起因する散逸の増大によるものと考えられる。さらに、完全非線形シミュレーションでは、TAEの飽和後に地徳音響モード（GAM）が非線形MHD効果によって励起されることが示された。