The toroidal Alfvén eigenmode (TAE) is an Alfvénic gap mode, which when driven unstable, can lead to anomalous energetic particle (EP) transport or even direct expulsion of EPs to the first wall. Whether TAEs become unstable depends on the combined effects of various drive and damping channels, which have strong and distinct dependence on system parameters. To enable predictive modelling of current and future devices, the global gyrokinetic code ORB5 has been used to study linear TAE phenomena with a focus on investigating individual damping and drive channels. This is enabled by code diagnostics that measure the energy transfer per-species and in terms of specific (e.g. parallel and perpendicular) components of particle motion. These diagnostics allow a straightforward study of the damping and driving mechanisms of modes that would otherwise be stable, and difficult to isolate in initial value simulations. This new method was benchmarked against other codes by calculating the energy transfer between EPs and the TAE mode with good agreement found. ORB5 has also been used to study the physics of Alfvén eigenmodes in specific MAST-U shots, with the aim of developing a predictive capability for the excitation of these modes in regimes where high beta and inverse aspect ratio mean the drive and damping of TAEs differ significantly to those applicable to conventional tokamaks and theory-based estimates. Additionally, typical kinetic- magnetohydrodynamic approaches to modelling might be inappropriate as they do not capture bulk plasma kinetic effects, which can affect TAE damping. We find that an experimentally observed TAE is marginally unstable in the MAST-U shot examined, and that radiative, ion Landau and a small degree of electron Landau damping are all present at the experimental values. We also find that an increase in beta leads to ion Landau damping beginning to dominate, confirming its expected strong dependence on , which will be even more important in burning reactor plasmas.
トロイダル・アルフヴェン固有モード(TAE)はアルフヴェンギャップモードであり、不安定化されると、異常な高エネルギー粒子(EP)輸送や、EPの第一壁への直接的な排出を引き起こし得る。TAEが不安定になるかどうかは、様々な駆動および減衰チャネルの複合効果に依存し、これらのチャネルはシステムパラメータに対して強く、かつ異なる依存性を持つ。現在および将来の装置の予測モデリングを可能にするため、大域ジャイロ運動論コードORB5を用いて、個々の減衰および駆動チャネルの調査に焦点を当てた線形TAE現象の研究が行われてきた。これは、種ごとのエネルギー伝達と、粒子運動の特定の(例えば、平行および垂直)成分に関するエネルギー伝達を測定するコード診断機能によって可能になる。これらの診断機能により、そうでなければ安定であり、初期値シミュレーションでは分離が困難なモードの減衰および駆動機構を直接的に研究できる。この新しい手法は、EPとTAEモード間のエネルギー伝達を計算することにより他のコードとベンチマーク検証され、良好な一致が見いだされた。ORB5はまた、特定のMAST-Uショットにおけるアルフヴェン固有モードの物理を研究するためにも用いられており、高ベータと逆アスペクト比によりTAEの駆動と減衰が従来型トカマクや理論に基づく推定に適用可能なものと大きく異なる領域において、これらのモードの励起に対する予測能力を開発することを目的としている。さらに、典型的な運動論的磁気流体力学的手法によるモデリングは、TAE減衰に影響を与え得るバルクプラズマの運動論的効果を捉えていないため、不適切である可能性がある。我々は、調べたMAST-Uショットにおいて実験的に観測されたTAEがわずかに不安定であり、放射減衰、イオン・ランダウ減衰、およびわずかな電子ランダウ減衰がすべて実験値において存在することを見いだした。また、ベータの増加によりイオン・ランダウ減衰が支配的になり始めることも見いだしており、これはベータに対する予想された強い依存性を裏付けるものであり、燃焼炉心プラズマにおいてさらに重要となる。