A linear gyrokinetic eigenvalue code is developed to study the stability of toroidal Alfvén eigenmode (TAE) in general axisymmetric toroidal geometry, with a self-consistent treatment of energetic particle drive and core plasma Landau damping in a non-perturbative way. The general particle responses of both circulating and trapped particles are incorporated in the calculation by means of the action-angle approach, and, in particular, the finite Larmor radius and orbit width effects of energetic particles are fully taken into account. The ballooning-mode representation is adopted to solve the eigenmode equations in order to reduce the computational resource while obtaining a high resolution of the fine radial structure. Furthermore, the code is able to study the physics of wave-particle interaction in great detail, thanks to the development of systematic theory-based numerical diagnostics, including effective mode structure and phase space resonance structure. As an application of the code, we perform an in-depth study of the triangularity effect on TAE stability based on the reference equilibrium of the Divertor Tokamak Test facility. It is demonstrated that TAE growth rate can be affected by the triangularity through the modifications of geometric couplings, resonance condition, as well as mode frequency and mode structure. As a result, negative triangularity can either stabilize or destabilize the energetic particle driven TAE depending on the dominant mechanism. The relative importance of these mechanisms under different circumstances is systematically analyzed, providing clear physical insights. The overall effect of negative triangularity for a specific tokamak scenario can be assessed based on these studies.
一般軸対称トロイダル幾何学におけるトロイダル・アルヴェン固有モード(TAE)の安定性を研究するために、線形ジャイロ運動論的固有値コードを開発した。ここでは、高エネルギー粒子駆動と中心プラズマのランダウ減衰を非摂動的な方法で自己無撞着に取り扱う。循環粒子と捕捉粒子の両方の一般的な粒子応答は、作用・角変数法によって計算に組み込まれ、特に、高エネルギー粒子の有限ラーマー半径効果と軌道幅効果が完全に考慮される。固有モード方程式を解くためにバルーニング・モード表示を採用し、微細な動径構造の高分解能を得ながら計算資源を削減する。さらに、このコードは、実効モード構造や位相空間共鳴構造を含む体系的な理論に基づく数値診断法の開発により、波動-粒子相互作用の物理を非常に詳細に研究することができる。このコードの応用として、ダイバータ・トカマク試験施設の参照平衡に基づき、TAE安定性に対する三角形度効果の詳細な研究を行う。TAE成長率は、幾何学的結合、共鳴条件、ならびにモード周波数とモード構造の変更を通じて三角形度によって影響を受け得ることが実証される。その結果、負の三角形度は、支配的機構に応じて、高エネルギー粒子駆動TAEを安定化または不安定化し得る。異なる状況下でのこれらの機構の相対的重要性が体系的に分析され、明確な物理的洞察が得られる。特定のトカマクシナリオに対する負の三角形度の全体的効果は、これらの研究に基づいて評価することができる。