Simulation of the impact of charge-exchange (CX) reactions on beam ions in the Mega Amp Spherical Tokamak (MAST) Upgrade was compared to measurements carried out with a fission chamber (neutron fluxes) and a fast ion deuterium-alpha (FIDA) diagnostic. A simple model was developed to reconstruct the outer-midplane neutral density based on measurements of deuterium-alpha emission from edge neutrals, and on Thomson scattering measurements of electron density and temperature. The main computational tools used were the ASCOT orbit-following code and the FIDASIM code for producing synthetic FIDA signals. The neutral density reconstruction agrees qualitatively with SOLPS-ITER modelling and yields a synthetic passive FIDA signal that is consistent with measurement. When CX losses of beam ions are accounted for, predicted neutron emission rates are quantitatively more consistent with measurement. It was necessary to account for CX losses of beam ions in simulations to reproduce the measured passive FIDA signal quantitatively and qualitatively. The results suggest that the neutral density reconstruction is a good approximation, that CX with edge neutrals causes significant beam-ion losses in MAST Upgrade, typically 20% of beam power, and that the ASCOT fast-ion CX model can be used to accurately predict the redistribution and loss of beam ions due to CX.
メガ・スフェリカル・トカマク（MAST）アップグレードにおけるビームイオンに対する電荷交換（CX）反応の影響のシミュレーションを、核分裂チェンバー（中性子フラックス）および高速イオン重水素アルファ（FIDA）診断による測定結果と比較した。外側赤道面における中性子密度を、端部からの重水素アルファ発光の測定、ならびにトムソン散乱による電子密度および電子温度の測定に基づいて再構築するための簡易モデルを開発した。主な計算ツールとしては、ASCOT軌道追跡コードと、合成FIDA信号を生成するためのFIDASIMコードを用いた。中性子密度の再構築結果はSOLPS-ITERモデリングと定性的に一致し、合成パッシブFIDA信号は測定値と整合した。ビームイオンのCX損失を考慮した場合、予測される中性子放出率は測定値と定量的により良く一致した。測定されたパッシブFIDA信号を定量的かつ定性的に再現するためには、シミュレーションにおいてビームイオンのCX損失を考慮することが必要であった。これらの結果は、中性子密度の再構築が良好な近似であること、MASTアップグレードにおいて端部中性子とのCXがビームイオンの顕著な損失（典型的にはビームパワーの20%）を引き起こすこと、そしてASCOT高速イオンCXモデルがCXによるビームイオンの再分布と損失を正確に予測できることを示唆している。