Kinetic-magnetohydrodynamic hybrid simulations have been carried out to investigate the transition between different types of Alfvén eigenmodes (AEs) based on the Experimental Advanced Superconducting Tokamak. Two evolution processes of -profile, starting with a reverse shear -profile with minimum have been analyzed: an ascending one based on the magnetic diffusion effect and a descending one inferred from the coexistence of the double tearing mode. The experimental phenomenon, where the type of AE transit from the beta induced AE (BAE) to the reverse shear AE (RSAE) and up-sweeping of RSAE frequency with multiple toroidal number n is reproduced in both processes. In the ascending process, the transition from BAE to RSAE happens at when the rational surface vanishes. In the descending process, the transition happens at without the vanishing of rational surface and is accompanied by a sudden shift in mode location. By comparing frequency and growth rate patterns with experimental observations during the mode transition, the descending process satisfies experiment better. In addition, different physical factors affecting the mode transition have been investigated, including the -profile shape and energetic particle (EP) pressure. It is found that smaller magnetic shear at rational surface favors the excitation of BAE, and the RSAE frequency is influenced by second order derivative of the -profile at its minimum. Moreover, the excitation of BAE is not sensitive to the peak location of EP pressure gradient, but the radial phase variation of the mode structure is positively linked to the distance between the EP drive location and the mode location, which is also influenced by the local magnetic shear. These systematic studies on the effects of different physical factors on AEs can provide guidance for controlling Alfvén instabilities in the future.
運動論的-磁気流体力学ハイブリッドシミュレーションを、Experimental Advanced Superconducting Tokamakに基づいて、異なるタイプのアルヴェン固有モード(AE)間の遷移を調べるために実施した。最小値 を持つ逆シア -プロファイルから始まる -プロファイルの2つの進化過程が解析された:磁気拡散効果に基づく上昇過程と、二重テアリングモードの共存から推測される下降過程である。AEのタイプがベータ誘起AE(BAE)から逆シアAE(RSAE)へ遷移し、RSAE周波数が複数のトロイダル数nでアップスイープするという実験現象は、両方の過程で再現される。上昇過程では、BAEからRSAEへの遷移は、 有理面が消滅するとき、 で発生する。下降過程では、遷移は 有理面の消滅を伴わずに で発生し、モード位置の急激なシフトを伴う。モード遷移中の周波数と成長率のパターンを実験観測と比較することにより、下降過程の方が実験により良く適合する。さらに、モード遷移に影響を与える異なる物理因子が調査された。これには -プロファイル形状と高エネルギー粒子(EP)圧力が含まれる。有理面における磁気シアが小さいほどBAEの励起に有利であることが見出され、RSAE周波数は -プロファイルの最小値における二次微分の影響を受ける。さらに、BAEの励起はEP圧力勾配のピーク位置に敏感ではないが、モード構造の半径方向位相変化は、EP駆動位置とモード位置の間の距離と正の相関があり、その距離は局所磁気シアの影響も受ける。異なる物理因子がAEに及ぼす影響に関するこれらの系統的研究は、将来のアルヴェン不安定性の制御に対する指針を提供できる。