The developments of advanced tokamak scenarios as well as the employment of a new neutral beam injection (NBI) source with higher power and beam energy up to ≈65 keV have significantly broadened the frequency range and the variety of Alfvén eigenmodes (AEs) excited by the super-Alfvénic NBI on the spherical tokamak MAST. During recent experiments on MAST, several distinct classes of beam-driven AEs have been identified, with different modes being most unstable in different MAST scenarios. In MAST discharges with elevated monotonic q(r)-profiles and NBI power ⩾3 MW, chirping modes starting in the frequency range ⩽150 kHz decreased in frequency down to ≈20 kHz as q(0) decreased and then smoothly transformed to long-living modes with a weakly-varying frequency and a n = 1 kink-mode structure. The bolometer data suggest that the long-living modes can be responsible for fast ion losses on MAST, while the charge-exchange data show that a coupling between these modes and other low-frequency modes can cause a collapse of toroidal plasma rotation with a subsequent disruption. In MAST discharges with reversed magnetic shear, Alfvén cascade eigenmodes in the frequency range 40–180 kHz were observed at a moderate NBI power ⩽2 MW allowing an additional assessment of q(r)-profile evolution in time. A robust reproducible scenario was found on MAST, in which the instability of high-frequency modes in the range 0.4–3.8 MHz and typically with negative toroidal mode numbers was dominating the spectrum of beam-driven AEs. Since the highest frequency of such modes is close to the on-axis ion cyclotron frequency and the polarization study of these modes show a significant parallel perturbed magnetic field, these modes are identified as compressional Alfvén eigenmodes. For investigating the AE spectrum in plasmas with high β, an active AE antenna has been installed on MAST. First measurements of stable AE modes in MAST have been performed successfully and are described here.
先進トカマク配位の開発と、出力とビームエネルギーが約65 keVまで向上した新型中性粒子ビーム入射（NBI）源の採用により、球状トカマクMASTにおいて超アルフヴェンNBIによって励起されるアルフヴェン固有モード（AE）の周波数範囲と多様性が大幅に拡大した。最近のMAST実験では、ビーム駆動AEのいくつかの異なるクラスが同定され、異なるMAST配位において異なるモードが最も不安定であることが示された。高い単調q(r)分布とNBI出力が3 MW以上であるMAST放電では、周波数範囲が150 kHz以下で始まるチャープモードが、q(0)の減少に伴って周波数が約20 kHzまで低下し、その後、周波数が緩やかに変化するn = 1キンクモード構造を持つ長寿命モードへと滑らかに遷移した。ボロメータデータは、長寿命モードがMASTにおける高速イオン損失の原因となり得ることを示唆しており、一方、電荷交換データは、これらのモードと他の低周波モードとの結合が、トロイダルプラズマ回転の崩壊とそれに続くディスラプションを引き起こし得ることを示している。反転磁気シアを有するMAST放電では、NBI出力が2 MW以下の穏やかな条件下で、周波数範囲40～180 kHzのアルフヴェンカスケード固有モードが観測され、q(r)分布の時間発展の追加評価が可能となった。MASTにおいて堅牢で再現性のあるシナリオが発見され、その中で周波数範囲0.4～3.8 MHzの高周波モードの不安定性が、典型的には負のトロイダルモード数を有し、ビーム駆動AEのスペクトルを支配していた。このようなモードの最高周波数がオンアクシスイオンサイクロトロン周波数に近く、またこれらのモードの偏光研究が有意な平行摂動磁場を示すことから、これらのモードは圧縮性アルフヴェン固有モードと同定される。高βプラズマ中のAEスペクトルを調査するため、MASTには能動AEアンテナが設置された。MASTにおける安定AEモードの最初の測定が成功裏に実施され、本論文で詳述される。