Nonlinear excitation of energetic particle driven geodesic acoustic mode by resonance overlap with Alfvén instability in ASDEX Upgrade

Wang, Hao; Lauber, Philipp; Todo, Yasushi; Suzuki, Yasuhiro; Li, Hanzheng; Idouakass, Malik; Wang, Jialei; Adulsiriswad, Panith; Zoletnik, S.; Zohm, H.; Zito, A.; Zimmermann, C.F.B.; Zilker, M.; Zibrov, A.; Zholobenko, W.; Zhang, W.; Zehetbauer, T.; Zammuto, I.; Zagórski, R.; Yu, Q.; Yoo, C.; Yang, Q.; Wolfrum, E.; Wolf, R.; Wischmeier, M.; Wiringer, B.; Willensdorfer, M.; White, A.E.; Wendler, D.; Weiland, M.; Wang, X.; Wagner, D.; von Toussaint, U.; Voitsekhovitch, I.; Viezzer, E.; Vierle, T.; Vicente, J.; Vianello, N.; Verdoolaege, G.; Verdier, T.; Varoutis, S.; Varela, P.; Vanovac, B.; Vannini, F.; van Zeeland, M.; van Mulders, S.; Valovic, M.; Valisa, M.; Usoltseva, M.; Urbanczyk, G.; Ulbl, P.; Tripský, M.; Trevisan, G.; Treutterer, W.; Told, D.; Tierens, W.; Thorén, E.; Teschke, M.; Terranova, D.; Tardocchi, M.; Tardini, G.; Tang, W.; Tala, T.; Tál, B.; Szepesi, T.; Suttrop, W.; Suarez Lopez, G.; Strumberger, E.; Stroth, U.; Stober, J.; Stieglitz, D.; Stejner, M.; Stegmeir, A.; Spolaore, M.; Spizzo, G.; Spacek, M.; Sozzi, C.; Sommariva, C.; Solano, E.; Snicker, A.; Sipilä, S.; Simpson, J.; Silvagni, D.; Silva, C.; Silva, A.; Sigalov, A.; Sieglin, B.; Siccinio, M.; Sias, G.; Shevelev, A.; Sheikh, U.; Sharapov, S.; Shalpegin, A.; Shabbir, A.; Seibold-Benjak, O.; Sciortino, F.; Schweinzer, J.; Schwarz-Selinger, T.; Schwarz, N.; Schuster, C.; Schubert, M.; Schrittwieser, R.; Schneider, P.A.; Schmitz, O.; Schmid, K.; Scholte, J.; Schlüter, A.; Schall, G.; Sauter, O.; Santos, J.; Sanchis Sanchez, L.; Samoylov, O.; Salmi, A.; Salewski, M.; Saarelma, S.; Ryter, F.; Ryan, D.A.; Rubel, M.; Rott, M.; Ronchi, G.; Rohde, V.; Rodriguez-Fernandez, P.; Rocchi, G.; Rivero Rodriguez, J.F.; Riesch, J.; Riedl, R.; Ricci, D.; Ribeiro, T.; Rettino, B.; Reiter, D.; Reisner, M.; Reiser, D.; Reimold, F.; Reich, M.; Réfy, D.; Redl, A.; Raupp, G.; Ratynskaia, S.; Ratta, G.; Rasmussen, J.; Ramisch, M.; Radovanovic, L.; Pütterich, T.; Puchmayr, J.; Porte, L.; Popa, A.; Poli, E.; Pokol, G.; Plyusnin, V.; Plöckl, B.; Plaum, B.; Plank, U.; Piron, C.; Petersson, P.; Peluso, E.; Peglau, M.; Paz-Soldan, C.; Pautasso, G.; Pau, A.; Papp, G.; Pan, O.; Oyola, P.; Olsen, J.; Ochoukov, R.; Nowak, S.; Novikau, I.; Nocente, M.; Nishizawa, T.; Nielsen, S.K.; Nielsen, A.H.; Neu, R.; Nem, R.D.; Nazikian, R.; Naulin, V.; Nabais, F.; Muraca, M.; Molina Cabrera, P.; Mitterauer, V.; Milanesio, D.; Michelini, M.; Meyer, H.; Merle, A.; Merkel, R.; Meng, G.; McDermott, R.; McCarthy, P. J.; Mayer, M.; Matos, F.; Martin, P.; Marrelli, L.; Markl, M.; Marchetto, C.; Maraschek, M.; Manz, P.; Mantsinen, M.; Mantica, P.; Manhard, A.; Mancini, A.; Maquet, V.; Maljaars, E.; Maj, O.; Maingi, R.; Mailloux, J.; Maier, H.; Magnanimo, A.; Madsen, J.; Maceina, T.; Lyssoivan, A.; Lunt, T.; Luhmann, N.C.; Di Cortemiglia, T. Luda; Lu, Z.; Liu, Y.; Lipschultz, B.; Lindl, H.; Linder, O.; Likonen, J.; Li, L.; Leuthold, N.; Lerche, E.; Leppin, L.; Lehnen, M.; Lang, P.T.; Lainer, P.; Lahtinen, A.; Laggner, F.; Lackner, K.; Labit, B.; Kurzan, B.; Kurki-Suonio, T.; Kulla, D.; Kudlacek, O.; Krieger, K.; Kreuzeder, A.; Krebs, I.; Krause, M.; Krämer-Flecken, A.; Kong, M.; Komm, M.; Koleva, M.; Kocsis, G.; Klossek, F.; Klevarova, V.; Hansen, S. Kjer; Kirk, A.; Kircher, M.; Khilkevitch, E.; Kernbichler, W.; Kendl, A.; Kazakov, Y.; Kasilov, S.; Käsemann, C.-P.; Karhunen, J.; Kappatou, A.; Kalis, J.; Kallenbach, A.; Joffrin, E.; Jensen, T.; Jenko, F.; Jaulmes, F.; van Vuuren, A. Jansen; Jaksic, N.; Jacob, W.; Jachmich, S.; Ivanova-Stanik, I.; Ionita-Schrittwieser, C.; Insulander Björk, K.; Illerhaus, J.; Iliasova, M.; Igochine, V.; Hunger, K.; Huber, A.; Hubbard, A.; Houben, A.; Höschen, T.; Horvath, L.; Hopf, C.; Hölzl, M.; Holm, J.H.; Hörmann, S.; Höfler, K.; Hobirk, J.; Hitzler, F.; Heyn, E.; Herrmann, A.; Heuraux, S.; Herschel, M.; Hennequin, P.; Henderson, S.; Hellsten, T.; Heinrich, P.; Heinemann, B.; Hayward-Schneider, T.; Hauer, V.; Harrison, J.; Harrer, G.; den Harder, N.; Happel, T.; Ham, C.; Hakola, A.H.; Hachmeister, D.; Günter, S.; Guimarais, L.; Gude, A.; Grover, O.; Groth, M.; Griener, M.; Greuner, H.; Grenfell, G.; Gräter, A.; Granucci, G.; Gradic, D.; Görler, T.; Gorini, G.; Goodman, T.; Gonzalez Martin, J.; Gonzalez, J.C.; Gobbin, M.; Glöggler, S.; Gleiter, T.; Girka, O.; Girka, I.; Giovannozzi, E.; Gil, L.; Gibson, S.; Giannone, L.; Geiger, B.; Munöz, M. Garcia; Garavaglia, S.; Gao, Y.; Gallo, A.; Gallart Escolà, D.; Galdon-Quiroga, J.; Galazka, K.; Futatani, S.; Fünfgelder, H.; Fuchs, J.C.; Fuchert, G.; Fröschle, M.; Frassinetti, L.; Ford, O.; Fischer, R.; Figueredo, A.; Ficker, O.; Felici, F.; Faugel, H.; Farnik, M.; Fantz, U.; Jimenez, D. Fajardo; Faitsch, M.; Fable, E.; Esposito, B.; Encheva, A.; Elgeti, S.; Eich, T.; Dux, R.; Duval, B.P.; Dunne, M.; Dreval, M.; Dunai, D.; Dominguez-Palacios Durán, J.J.; Dibon, M.; Di Siena, A.; Denner, P.; Delogu, R.; de Marné, P.; de Baar, M.; Day, C.; David, P.; Molin, A. Dal; D’Arcangelo, O.; Cziegler, I.; Cseh, G.; Cruz Zabala, D.J.; Croci, G.; Creely, A.J.; Cote, T.; Coster, D.; Costea, S.; Conway, G.; Colas, L.; Coenen, J.W.; Coelho, R.; Coda, S.; Clairet, F.; Cianfarani, C.; Chomiczewska, A.; Chankin, A.; Challis, C.; Cazzaniga, C.; Cavedon, M.; Cathey, A.; Castillo Castillo, A.; Castaldo, C.; Carvalho, P.; Carr, M.; Carlton, D.; Cano Megías, P.; Cannas, B.; Camenen, Y.; Burckhart, A.; Buhler, A.; Buchanan, J.; Brochard, F.; Brida, D.; Brezinsek, S.; Brenzke, M.; van den Brand, H.; Bottino, A.; Bottereau, C.; Böswirth, B.; Bortolon, A.; Bonanomi, N.; Bolzonella, T.; Body, T.; Bock, L.; Bock, A.; Bobkov, V.; Blanken, T.; Birkenmeier, G.; Bilato, R.; Bielajew, R.; Biancalani, A.; Bernert, M.; Bernardo, J.; Bergmann, M.; Bergmann, A.; Bauer, M.; Banon Navarro, A.; Bandaru, V.; Balden, M.; Asunta, O.; Astrain, M.; Artigues, V.; Arden, N.; Angioni, C.; Alessi, E.

Nonlinear excitation of energetic particle driven geodesic acoustic mode by resonance overlap with Alfvén instability in ASDEX Upgrade

cbnd

Files

s41598-024-82577-3.pdf(3.75 MB)

Published Version

Date

2025

Authors

Wang, Hao

Lauber, Philipp

Todo, Yasushi

Suzuki, Yasuhiro

Li, Hanzheng

Idouakass, Malik

Wang, Jialei

Adulsiriswad, Panith

Zoletnik, S.

Zohm, H.

Show 10 more

Publisher

Nature Research

Published Version

10.1038/s41598-024-82577-3

Abstract

The Alfvén instability nonlinearly excited the energetic-particle-driven geodesic acoustic mode on the ASDEX-Upgrade tokamak, as demonstrated experimentally. The mechanism of the energetic-particle-driven geodesic acoustic mode excitation and the mode nonlinear evolution is not yet fully understood. In the present work, a first-principles simulation using the MEGA code investigated the mode properties in both the linear growth and nonlinear saturated phases. Here we show that the simulation successfully reproduced the excitation and coexistence of these two modes, and agreed with the experimental results well. Conclusive evidence showed that the resonance overlap is the excitation mechanism of the energetic-particle-driven geodesic acoustic mode. In the linear growth phase, energetic particles that satisfied different resonance conditions excited the Alfvén instability, which then caused energetic particle redistribution in phase space. These redistributed energetic particles caused resonance overlap, exciting the energetic-particle-driven geodesic acoustic mode in the nonlinear phase. © The Author(s) 2024.

Keywords

Controlled study , Growth curve , Simulation

Citation

Wang, H., Lauber, P., Todo, Y., Suzuki, Y., Li, H., Idouakass, M., Wang, J. and Adulsiriswad, P. (2025) 'Nonlinear excitation of energetic particle driven geodesic acoustic mode by resonance overlap with Alfvén instability in ASDEX Upgrade', Scientific reports, 15(1), p.1130. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82577-3