Numerical simulations have been carried out to understand the seeding of neoclassical tearing modes (NTMs), using a single fluid model and the four-field equations. The paper starts by considering a simplified physics situation: the destabilization of a linearly stable m/n = 3/2 mode by an unstable m/n = 2/2 mode (m/n being the poloidal/toroidal mode number). Within the single fluid model the mode coupling is found to be weakened by relative mode rotation and enhanced by finite plasma β value. For the four-field equations in case of a sufficiently low electron diamagnetic drift frequency, the results are similar to those from the single fluid equations. For a sufficiently large diamagnetic drift frequency, three regimes are found: (a) suppression regime for moderate plasma β values, in which the originally unstable 2/2 mode is stabilized by its coupling to the originally stable 3/2 mode; (b) oscillation regime for a sufficiently large β value, in which the 3/2 mode has the feature of an ideal mode, and the diamagnetic drift frequency reaches the shear Alfven frequency outside the tearing layer; (c) NTM regime for sufficiently large β value and bootstrap current density. Consistent with these findings, in our simulations 3/2 modes are triggered by sufficiently strong sawtooth crashes at high β value and/or a low electron diamagnetic drift frequency. A sufficiently large bootstrap current density is then required for the 3/2 island to grow into the NTM regime.
数値シミュレーションを実施し、単一流体モデルと四場方程式を用いて、新古典テアリングモード（NTM）のシーディングを理解することを試みた。本論文はまず、単純化された物理的状況、すなわち不安定なm/n = 2/2モードによる線形安定なm/n = 3/2モードの不安定化（m/nはポロイダル/トロイダルモード数を表す）を考察することから始める。単一流体モデルにおいて、モード結合は相対モード回転によって弱められ、有限のプラズマβ値によって強化されることが見出された。四場方程式において、電子反磁性ドリフト周波数が十分に低い場合、結果は単一流体方程式によるものと類似している。反磁性ドリフト周波数が十分に大きい場合、以下の三つの領域が見出された：(a) 中程度のプラズマβ値における抑制領域。ここでは、もともと不安定な2/2モードが、もともと安定な3/2モードとの結合によって安定化される。(b) 十分に大きなβ値における振動領域。ここでは、3/2モードが理想モードの特徴を有し、反磁性ドリフト周波数がテアリング層外側のシア・アルフヴェン周波数に達する。(c) 十分に大きなβ値とブートストラップ電流密度におけるNTM領域。これらの知見と整合的に、我々のシミュレーションでは、高β値および/または低い電子反磁性ドリフト周波数において、十分に強いサートゥース・クラッシュによって3/2モードがトリガーされる。その後、3/2アイランドがNTM領域へ成長するためには、十分に大きなブートストラップ電流密度が必要となる。