The energetic electrons (EEs) produced from auxiliary heatings have been found to destabilize various Alfven eigenmodes (AEs) in recent experiments. To investigate EE relevant kinetic-magnetohydrodynamic (MHD) processes, a global fluid-kinetic hybrid model is formulated and verified in this work, which consists of Landau-fluid bulk plasmas and drift-kinetic EEs that incorporates the dominant damping and drive mechanisms, respectively. The numerical capability of Landau-fluid bulk plasmas is obtained based on a well-benchmarked eigenvalue code multiscale analysis for plasma stability (MAS) using general geometry (Bao et al 2023 Nucl. Fusion63 076021), and the comprehensive EE responses to the low frequency () MHD fluctuations are analytically derived and implemented in MAS, which not only cover contributions from trapped and passing particles, but also take into account the effects of adiabatic fluid convection and non-adiabatic kinetic compression. The linear properties of EE-driven beta-induced AEs (e-BAEs) are systematically studied using both MAS model and gyrokinetic toroidal code (GTC) particle-in-cell simulations. Building on the good agreements on the mode structure and dispersion relation, several key issues of e-BAE physics are analyzed and discussed, including the parametric dependences of e-BAE stability on EE mass, temperature and density with corresponding phase space dynamics, EE non-perturbative effects on the symmetry breaking of mode structure, and the EE density and temperature thresholds for e-BAE excitation that overcome bulk plasma damping. With these efforts, the upgraded MAS model is superior than initial-value simulations restricted by stringent electron Courant condition for fast linear analyses of most EE-AE problems with , of which wave–particle resonance can be used to analyze the analogous effect of alpha particle driven AEs in future fusion reactor.
補助加熱から生成される高エネルギー電子(EEs)は、最近の実験において様々なアルヴェン固有モード(AEs)を不安定化することが見出されている。EEに関連する運動論的電磁流体力学(MHD)過程を調べるために、Landau流体バルクプラズマとドリフト運動論的EEから成る大域的流体-運動論ハイブリッドモデルを本稿で定式化し検証する。このモデルは、それぞれ主要な減衰機構と駆動機構を組み込んでいる。Landau流体バルクプラズマの数値的能力は、一般幾何学を用いた、十分にベンチマークされた固有値コードであるmultiscale analysis for plasma stability (MAS)(Bao et al 2023 Nucl. Fusion63 076021)に基づいて得られており、低周波数()MHDゆらぎに対する包括的なEE応答は解析的に導出されMASに実装されている。これは捕捉粒子および通過粒子からの寄与を網羅するだけでなく、断熱的流体対流と非断熱的運動論的圧縮の効果も考慮に入れている。EE駆動ベータ誘起AE(e-BAEs)の線形特性は、MASモデルとジャイロ運動論的トロイダルコード(GTC)の粒子インセルシミュレーションの両方を用いて系統的に調べられた。モード構造と分散関係における良好な一致に基づき、e-BAE物理のいくつかの重要な問題が分析・議論される。これには、対応する位相空間ダイナミクスを伴うEE質量・温度・密度に対するe-BAE安定性のパラメトリック依存性、モード構造の対称性の破れに対するEEの非摂動効果、およびバルクプラズマ減衰を克服するe-BAE励起のためのEE密度・温度閾値が含まれる。これらの取り組みにより、改良されたMASモデルは、厳しい電子クーラン条件によって制約される初期値シミュレーションよりも、ほとんどのEE-AE問題 with , の高速線形解析に優れている。その波動-粒子共鳴は、将来の核融合炉におけるアルファ粒子駆動AEの類似効果を解析するために使用できる。