トーラスプラズマにおけるアルヴェン固有モード空間構造の高速イオン損失に与える影響

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本研究においては、核融合科学研究所の大型ヘリカルプラズマに入射される高速イオンによって励起されるアルヴェン固有モードAEの空間構造の差異による高速イオン損失に与える影響の解明研究を推進した。プラズマ中心の外側への移動に起因しAEの空間構造が広くなり、それに従って観測された高速イオンの損失過程が対流的から拡散的、並びに統計軌道的になる事を明らかにした。この現象をより深く理解するため、数値シミュレーションによるAEに起因する高速イオン損失の再現を試みた。AEの存在する条件下での高速イオン軌道を追跡するために、プラズマ中の高速イオン軌道計算を使用した。また、プラズマ外に設置してある損失高速イオンプローブによる高速イオン検出を模擬するために、プラズマ外の高速イオン軌道計算を使用した。両者を接続することによって、AEに起因する損失高速イオン検出のシミュレーションを行った。実験で観測されたようなAEの周波数掃引を考慮する事によって、AE揺動強度の上昇によって検出器に到来する損失高速イオン束が上昇する結果が得られた。それらの高速イオンのエネルギー及びピッチ角(磁場ベクトルと速度ベクトルのなす角)は実験で得られたものと一致した。さらには、プラズマ中心の異なる状態について数値シミュレーションを行う事によって、プラズマ中心の外側への移動に伴う損失過程の変化を再現した。数値シミュレーションを行う事によって、プラズマ中心の外側の移動に伴うこの損失過程の変化は、AEの空間構造の拡大によってプラズマ外に損失する高速イオンのエネルギー及びピッチ角領域が拡大している事に起因する事を明らかにした。