The spatio-temporal evolution of the energetic particles in the transport time scale in tokamak plasmas is a key issue of the plasmas confinement, especially in burning plasmas. In order to include sources and sinks and collisional slowing down processes, a new solver, ATEP-3D was implemented to simulate the evolution of the energetic particle (EP) distribution in the three-dimensional constants of motion (CoM) space. The Fokker–Planck collision operator represented in the CoM space is derived and numerically calculated. The collision coefficients are averaged over the unperturbed orbits to capture the fundamental properties of EPs. ATEP-3D is fully embedded in ITER IMAS framework and combined with the LIGKA/HAGIS codes. The finite volume method and the implicit Crank-Nicholson scheme are adopted due to their optimal numerical properties for transport time scale studies. ATEP-3D allows the analysis of the particle and power balance with the source and sink during the transport process to evaluate the EP confinement properties.
トカマクプラズマにおける輸送時間スケールでの高エネルギー粒子の時空間発展は、特に燃焼プラズマにおいて、プラズマ閉じ込めの鍵となる課題である。ソースとシンク、および衝突による減速過程を含めるために、新しいソルバーATEP-3Dが実装され、三次元の運動定数(CoM)空間における高エネルギー粒子(EP)分布の進化をシミュレートする。CoM空間で表現されたフォッカー–プランク衝突演算子を導出し、数値計算する。衝突係数は、EPの基本的性質を捉えるために非摂動軌道上で平均化される。ATEP-3DはITER IMASフレームワークに完全に組み込まれており、LIGKA/HAGISコードと結合されている。輸送時間スケールの研究に最適な数値的特性のため、有限体積法と陰的クランク・ニコルソン法が採用されている。ATEP-3Dにより、輸送過程におけるソースとシンクを伴う粒子およびパワーバランスの解析が可能となり、EP閉じ込め特性を評価できる。