Transport of fast ions along certain local phase space paths, referred to as fast ion phase-space flow, has been systematically measured by an imaging neutral particle analyzer (INPA) in three plasma regimes, which are well-below, near, and well-above the Alfvén eigenmode stability threshold (Du et al 2021 Phys. Rev. Lett.127 235002). (1) In plasmas well-below the Alfvén eignenmodes (AE) stability threshold, fast ions are well-confined on passing particle orbits without noticeable transport over the phase space. The observed INPA images agree well with the synthetic INPA images, using the fast ion distribution predicted by neoclassical theory. (2) In plasmas near the AE stability threshold, INPA images in the presence of AE activity moderately deviate from those without AE activity. The image difference can be well interpreted by AE-driven, phase-space fast ion flow. Paths of this flow over the velocity space (or streamlines) are reconstructed by the intersection lines of curved Eʹ and µ surfaces, referred to as Eʹ and µ line (where ; E, Pζ and µ are the energy, canonical toroidal momentum and magnetic moment of ions; ω and n are the angular frequency and toroidal mode number of AEs, respectively). Resonant fast ions move radially inward by gaining energy and move radially outward by losing energy and the trajectory well aligns with the Eʹ and µ lines that pass through the mode resonances near the injection energy of neutral beams. (3) In plasmas well-above the AE stability threshold, fast ion phase-space dynamics shows additional features. Fast ions are transported out of the birth positions so promptly along the streamlines that the slowing-down process from the injection energy is not observable, exhibiting strong critical gradient behavior at local phase space. As a result, the increase of electron temperature is very small, in spite of an increase of beam power by . It should be emphasized that the directions of phase-space transport, induced by AEs with different frequencies, structures and mode numbers, do not largely differ.
高速イオンの特定の局所位相空間経路に沿った輸送、いわゆる高速イオン位相空間フローは、イメージング中性粒子分析器（INPA）によリ、アルヴェン固有モード安定性閾値を十分に下回る、その近傍、および十分に上回る三つのプラズマ領域において体系的に測定された（Du et al 2021 Phys. Rev. Lett.127 235002）。(1) アルヴェン固有モード（AE）安定性閾値を十分に下回るプラズマでは、高速イオンは、位相空間上で顕著な輸送を伴わずに通過粒子軌道上に良く閉じ込められる。観測されたINPA画像は、新古典理論によって予測された高速イオン分布を用いた合成INPA画像と良く一致する。(2) AE安定性閾値の近傍のプラズマでは、AE活動が存在する場合のINPA画像は、AE活動が無い場合のものから適度に乖離する。この画像差は、AE駆動による位相空間高速イオン・フローによって良く説明できる。速度空間上でのこのフローの経路（すなわち流線）は、曲ったEʹ面とµ面の交線（Eʹ線およびµ線と呼ばれる）によって再構される（ここで；E, Pζ, µはそれぞれイオンのエネルギー、正準トロイダル運動量、磁気モーメントであり；ωとnはそれぞれAEの角周波数とトロイダルモード数である）。共鳴高速イオンは、エネルギーを獲得して径方向内側へ移動し、エネルギーを失って径方向外側へ移動し、その軌道は、中性粒子ビームの入射エネルギー近傍のモード共鳴を通過するEʹ線およびµ線に良く整列する。(3) AE安定性閾値を十分に上回るプラズマでは、高速イオンの位相空間ダイナミクスはさらなる特徴を示す。高速イオンは、流線に沿って発生位置から非常に急速に輸送されるため、入射エネルギーからの減速過程は観測不可能であり、局所位相空間において強い臨界勾配挙動を示す。その結果、ビームパワーの増加にもかかわらず、電子温度の上昇は非常に小さい。異なる周波数、構造、およびモード数を持つAEによって誘起される位相空間輸送の方向は、大きくは異ならないことを強調すべきである。