Velocity-space tomography has been used to infer 2D fast-ion velocity distribution functions. Here we compare the performance of five different tomographic inversion methods: truncated singular value decomposition, maximum entropy, minimum Fisher information and zeroth- and first-order Tikhonov regularization. The inversion methods are applied to fast-ion measurements taken just before and just after a sawtooth crash in the ASDEX Upgrade tokamak as well as to synthetic measurements from different test distributions. We find that the methods regularizing by penalizing steep gradients or maximizing entropy perform best. We assess the uncertainty of the calculated inversions taking into account photon noise, uncertainties in the forward model as well as uncertainties introduced by the regularization which allows us to distinguish regions of high and low confidence in the tomographies. In high confidence regions, all methods agree that ions with pitch values close to zero, as well as ions with large pitch values, are ejected from the plasma center by the sawtooth crash, and that this ejection depletes the ion population with large pitch values more strongly.
速度空間トモグラフィーは、2次元の高速イオン速度分布関数を推定するために用いられてきた。本論文では、5つの異なるトモグラフィー逆変換法、すなわち、特異値分解、最大エントロピー法、最小フィッシャー情報量法、ならびに0次および1次のチホノフ正則化法の性能を比較する。これらの逆変換法は、ASDEX Upgradeトカマクにおける鋸歯状波クラッシュの直前および直後に取得された高速イオン計測、ならびに異なる試験分布から生成されたシミュレーション計測に適用される。急峻な勾配を penalize する正則化またはエントロピー最大化を行う手法が最も優れた性能を示すことが見出された。我々は、光子ノイズ、順問題モデルの不確実性、ならびに正則化によって導入される不確実性を考慮して、計算された逆変換結果の不確実性を評価し、これによりトモグラフィー画像における信頼度の高い領域と低い領域を区別することが可能となる。信頼度の高い領域では、すべての手法が、ピッチ値がゼロに近いイオンおよび大きなピッチ値を持つイオンの両方が鋸歯状波クラッシュによってプラズマ中心部から排出されること、またこの排出により大きなピッチ値を持つイオン集団がより強く減少することを一致して示している。