Formation of a charge-exchange target for fast ions in the plasma of large-scale toroidal devices under NBI conditions

大型トロイダル装置におけるNBI条件下のプラズマ中での高速イオンの荷電交換ターゲット生成

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; Kusama, Yoshinori

高エネルギー荷電交換計測により、水素様不純物イオンによる水素イオンの中性化によって生成される高速原子の分布関数を決定することができる。分布関数を得るためには、プラズマ中でのターゲットイオンの成分と空間分布を知る必要がある。荷電交換標的粒子は、不純物原子核と加熱用中性粒子ビームとの相互作用で生成される。中性粒子ビームと計測装置との位置関係に基づき、ターゲット粒子の軌跡を計算する必要がある。実際のトカマク配位での不純物イオンのバランスを構築する原子の基礎過程を考慮するモデルが提案されている。JT-60Uプラズマへこのモデルを適用する。荷電交換原子束の形成機構を調べた。荷電交換束への異なったビーム入射装置の相対的な寄与を評価した。計算結果に基づき、固定した分析器を用いたイオン分布関数の局所的な測定の方法を提案する。

High-energy charge-exchange diagnostics can determine the distribution function of fast atoms produced via the neutralization of hydrogen ions by hydrogen-like impurity ions. Deriving the distribution function requires to know the composition and spatial distribution of the target ions in a plasma. A charge-exchange target forms as a result of the interaction between impurity nuclei and beam atoms. Depending on the arrangement of heating beams with respect to the diagnostics, it is necessary to calculate their trajectories. A model which takes into account elementary processes resulting in the ionization equilibrium of the ions of impurities in a specific tokamak configuration is proposed. The model is applied to the JT-60U plasma. Mechanisms for the formation of charge-exchange atomic flows are considered. The relative contributions of different heating injectors to the charge-exchange flow are estimated. Based on the calculated results, a method is proposed for local measurements of the ion distribution function with a stationary analyzer.