MAST-U is equipped with on-axis and off-axis neutral beam injectors (NBI), and these external sources of super-Alfvénic deuterium fast-ions provide opportunities for studying a wide range of phenomena relevant to the physics of alpha-particles in burning plasmas. The MeV range D-D fusion product ions are also produced but are not confined. Simulations with the ASCOT code show that up to 20% of fast ions produced by NBI can be lost due to charge exchange (CX) with edge neutrals. Dedicated experiments employing low field side (LFS) gas fuelling show a significant drop in the measured neutron fluxes resulting from beam-plasma reactions, providing additional evidence of CX-induced fast-ion losses, similar to the ASCOT findings. Clear evidence of fast-ion redistribution and loss due to sawteeth (ST), fishbones (FB), long-lived modes (LLM), Toroidal Alfvén Eigenmodes (TAE), Edge Localised Modes (ELM) and neoclassical tearing modes (NTM) has been found in measurements with a Neutron Camera (NCU), a scintillator-based Fast-Ion Loss Detector (FILD), a Solid-State Neutral Particle Analyser (SSNPA) and a Fast-Ion Deuterium-α (FIDA) spectrometer. Unprecedented FILD measurements in the range of 1–2 MHz indicate that fast-ion losses can be also induced by the beam ion cyclotron resonance interaction with compressional or global Alfvén eigenmodes (CAEs or GAEs). These results show the wide variety of scenarios and the unique conditions in which fast ions can be studied in MAST-U, under conditions that are relevant for future devices like STEP or ITER.
MAST-Uは、オン軸およびオフ軸中性粒子ビーム入射装置（NBI）を備えており、これらの外部からの超アルヴェーン速度の重水素高速イオン源は、燃焼プラズマ中のアルファ粒子の物理学に関連する広範囲の現象を研究する機会を提供する。MeV領域のD-D核融合生成イオンも生成されるが、閉じ込められない。ASCOTコードを用いたシミュレーションは、NBIによって生成された高速イオンの最大20%が、周辺部の中性粒子との電荷交換（CX）により失われる可能性があることを示している。低磁場側（LFS）ガス入射を用いた専用実験では、ビーム・プラズマ反応から生じる測定中性子束の有意な低下が示され、ASCOTの結果と同様に、CXによる高速イオン損失のさらなる証拠を提供している。鋸歯状振動（ST）、フィッシュボーン（FB）、長寿命モード（LLM）、トロイダル・アルヴェーン固有モード（TAE）、周辺局在モード（ELM）、新古典テアリングモード（NTM）による高速イオンの再分布と損失の明確な証拠が、中性子カメラ（NCU）、シンチレータ方式の高速イオン損失検出器（FILD）、固体中性粒子分析装置（SSNPA）、高速イオン重水素-α（FIDA）分光器を用いた測定で見つかっている。1〜2 MHzの範囲における前例のないFILD測定は、高速イオン損失が、圧縮性またはグローバルなアルヴェーン固有モード（CAEまたはGAE）とのビームイオンサイクロトロン共鳴相互作用によっても誘発され得ることを示している。これらの結果は、MAST-Uにおいて高速イオンを研究できる多様なシナリオと独自の条件を示しており、STEPやITERのような将来の装置に関連する条件下でのものである。