The aim of this study is to analyze the linear stability of Alfvén eigenmodes (AE) in the QPS device heated by a tangential neutral beam injector (NBI). The analysis is performed using the gyro-fluid code FAR3d, that solves the reduced MHD equations for the thermal plasma coupled with moments of the kinetic equation for the energetic particles (EP). The AE stability is calculated in several operational regimes of the tangential NBI: EP β between 0.001 and 0.1, EP energy between 12 and 180 keV and different radial locations of the beam. The analysis is performed for vacuum and finite β equilibria as well as QPS configurations with two and three periods. The EP β threshold in the vacuum case is 0.001 and the AE frequency is lower as the energy of the EP population decreases. Toroidal Alfvén eigenmodes with f = 80–120 kHz and elliptical AE between f = 120–350 kHz are triggered between the middle-outer plasma region (). The AE stability improves in the simulations with finite β equilibria and three period configurations with respect to the vacuum case with two periods because the continuum gaps are slender, leading to a higher threshold of the EP β, above 0.03 for the AEs triggered by the helical mode families. Helical effects are not strong enough to destabilize Helical Alfvén eigenmodes, the AEs with the largest growth rates are triggered by the n = 1 and n = 2 toroidal families.
本研究の目的は、接線方向中性粒子ビーム入射装置(NBI)によって加熱されるQPS装置におけるアルフヴェン固有モード(AE)の線形安定性を解析することである。解析は、熱プラズマに対する縮約MHD方程式を、高エネルギー粒子(EP)の運動方程式のモーメントと連成させて解くジャイロ流体コードFAR3dを用いて行われる。AE安定性は、接線方向NBIのいくつかの運転領域、すなわちEP βが0.001から0.1の間、EPエネルギーが12から180 keVの間、およびビームの異なる半径方向位置において計算される。解析は、真空および有限β平衡、ならびに2周期および3周期のQPS配位に対して行われる。真空の場合のEP β閾値は0.001であり、AE周波数はEP集団のエネルギーが低下するにつれて低くなる。f = 80–120 kHzのトロイダルアルフヴェン固有モードと、f = 120–350 kHzの楕円形AEは、プラズマ中外部領域()で励起される。AE安定性は、有限β平衡および3周期配位のシミュレーションでは、2周期の真空の場合と比較して改善される。これは、連続スペクトルギャップが狭いためであり、ヘリカルモード族によって励起されるAEに対してEP βの閾値が0.03を超える高い値になる。ヘリカル効果はヘリカルアルフヴェン固有モードを不安定化するほど強くはなく、最大の成長率を持つAEはn = 1およびn = 2のトロイダル族によって励起される。