The plasma in future nuclear fusion reactors will be heated by neutral beam injectors (NBIs) and high frequency electromagnetic waves as well as fusion born alpha particles. Energetic particles (EPs), with energies up to two orders of magnitude larger than the thermal plasma, can trigger EP driven modes and induce harmful EP losses, reducing the plasma heating efficiency and the economical viability of the reactor. The present study is dedicated to analyze the Alfven Eigenmode (AE) activity in JET D–T discharges, the closest experiment to reactor-like operation performed until now. There, EP driven modes are induced by the combined effect of tangential NBIs and ion cyclotron resonance heating (ICRH) driven EP. Linear and nonlinear simulations are performed with the gyro-fluid FAR3d code to analyze the AE activity observed in the discharge 99896. The linear simulations reproduce the unstable n = 3 to 5 toroidal AEs (TAE) at the inner plasma region observed in the experiment, triggered by highly energetic passing deuterium populations injected by the tangential NBIs, further accelerated by the effect of the ICRH up to 1 MeV. In addition, fish-bones triggered by energetic trapped hydrogen induced by the ICRH are also reproduced. On the other hand, the alpha particles density is too small to destabilize AEs in the experiment. Nonetheless, increasing artificially the alpha density by one order of magnitude, an n = 1 beta induced AE can be destabilized in the inner plasma region. Nonlinear simulations indicate the generation of zonal structures during the AE/fish-bone saturation phase. TAE and fish-bones causes a rather weak increase of the passing D and trapped H EP (around 2%), respectively. Shear flows and zonal currents are generated during the saturation of TAE and fish-bones. Nonlinear simulations performed for D–T and pure deuterium thermal plasma indicate AE/fish-bone activity is weaker and shear flows are less intense in the pure deuterium case, trends consistent with the experimental observations that also indicates a deterioration of the thermal plasma confinement. Therefore, both numerical studies and experimental evidence indicate the generation of shear flows by AE/fish-bones could be connected with an improvement of the thermal plasma confinement.
将来の核融合炉におけるプラズマは、中性粒子ビーム入射装置（NBI）と高周波電磁波、および核融合生成アルファ粒子によって加熱される。熱プラズマよりも2桁大きいエネルギーを持つ高エネルギー粒子（EP）は、EP駆動モードを引き起こし、有害なEP損失を誘発して、プラズマ加熱効率と炉の経済的実現性を低下させ得る。本研究は、これまでに実施された最も炉運転に近い実験であるJET D–T放電におけるアルフヴェン固有モード（AE）活動の解析に特化している。そこでは、EP駆動モードは、接線方向NBIとイオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）によって駆動されるEPの複合効果によって誘発される。放電99896で観測されたAE活動を解析するために、ジャイロ流体FAR3dコードを用いて線形および非線形シミュレーションが実行された。線形シミュレーションは、実験で観測された内部プラズマ領域における不安定なn = 3から5のトロイダルAE（TAE）を再現する。これは、接線方向NBIによって注入され、ICRHの効果によって1 MeVまでさらに加速された高エネルギー通過重水素集団によって引き起こされる。さらに、ICRHによって誘発された高エネルギー捕捉水素によって引き起こされるフィッシュボーンも再現される。一方、アルファ粒子密度は、実験においてAEを不安定化させるには小さすぎる。それでも、アルファ密度を人為的に1桁増加させると、n = 1のベータ誘起AEが内部プラズマ領域で不安定化され得る。非線形シミュレーションは、AE/フィッシュボーン飽和段階における帯状構造の生成を示している。TAEとフィッシュボーンは、それぞれ通過Dおよび捕捉H EPの比較的弱い増加（約2％）を引き起こす。せん断流と帯状電流は、TAEとフィッシュボーンの飽和中に生成される。D–Tおよび純重水素熱プラズマに対して実行された非線形シミュレーションは、AE/フィッシュボーン活動が弱く、せん断流が純重水素の場合にはそれほど強くないことを示しており、これは熱プラズマ閉じ込めの悪化も示す実験的観測と整合する傾向である。したがって、数値研究と実験的証拠の両方は、AE/フィッシュボーンによるせん断流の生成が熱プラズマ閉じ込めの改善と関連している可能性があることを示している。