In this study, high-frequency instabilities driven by runaway electrons in the EXL-50 spherical torus have been reported using a high-frequency magnetic pickup coil. The frequency of these instabilities is found to be power function dependent on the plasma density, similar to the dispersion relation of the whistler wave. The observed instability seems to exhibit a fluctuating pattern, resembling frequency chirping behavior, which appears to align with the expected outcomes predicted by the Berk-Breizman model. Theoretically, the excitation threshold of the instability driven by runaway electrons is related to the ratio of the runaway electron density to the background plasma density, and the stability criterion is first demonstrated qualitatively in this work. The instability can be stabilized by the spontaneous rise of plasma density, consistent with the wave-particle resonance mechanism. This investigation demonstrates the excitation characteristic of chirping instabilities in a tokamak plasma and reveals new features of these instabilities, thereby advancing the understanding of the mechanisms for controlling and mitigating runaway electrons.
本研究では、EXL-50球状トーラスにおける逃走電子によって駆動される高周波数不安定性を、高周波数磁気ピックアップコイルを用いて報告した。これらの不安定性の周波数は、ホイッスラー波の分散関係と同様に、プラズマ密度のベき関数に依存することが見いだされた。観測された不安定性は、周波数チャーピピング挙動に類似した変動パターンを示すようであり、これはBerk-Breizmanモデルによって予測される期待結果と一致するように思われる。理論的には、逃走電子によって駆動される不安定性の励起閾値は、逃走電子密度と背景プラズマ密度の比に関連しており、安定性基準は本研究で初めて定性的に実証された。この不安定性は、プラズマ密度の自発的上昇によって安定化され得るが、これは波-粒子共鳴機構と整合する。本調査は、トカマクプラズマにおけるチャーピピング不安定性の励起特性を実証し、これらの不安定性の新たな特徴を明らかにすることで、逃走電子の制御および緩和のメカニズムの理解を進めるものである。