The Fusion Advanced Study Torus (FAST) has been proposed as a possible European satellite facility to study fast-ion physics in deuterium plasmas under conditions relevant to a burning plasma. Energetic minority ions (H or 3He) accelerated by ion cyclotron resonance heating (ICRH), with dimensionless parameters close to those of fusion-born alphas in ITER, can be produced in FAST via 30 MW power ICRH minority heating. This work provides a first assessment of the extent to which the 3He fast-ion population can be diagnosed in FAST with a set of dedicated diagnostics for confined fast particles. Neutron emission spectroscopy (NES), gamma-ray spectroscopy (GRS) and collective Thomson scattering (CTS) diagnostics have been reviewed with a description of the state-of-the-art hardware and a preliminary analysis of the required lines of sight. The results of the analysis, based on numerical simulations of the spatial and energetic particle distribution function of the ICRH-accelerated ions for the standard FAST H-mode scenario, suggest that NES and GRS measurements can provide information on the fast 3He population effective tail temperature, with time resolutions in the range 20–100 ms. The proposed CTS diagnostic can measure the fast-ion parallel and perpendicular temperature with a spatial resolution of 5–10 cm and a time resolution of 10 ms. The paper provides a scientific basis for the prediction of the production and diagnosis of energetic ions in FAST.
核融合先進研究装置（FAST）は、燃焼プラズマに関連する条件下での重水素プラズマ中の高速粒子物理学を研究するための、欧州における候補となる衛星施設として提案されている。イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）によって加速される高エネルギー少数イオン（Hまたは³He）は、ITERにおける核融合生成アルファ粒子と無次元パラメータが類似しており、30 MWの出力によるICRH少数イオン加熱によってFASTで生成することができる。本研究は、閉じ込められた高速粒子を対象とした専用診断装置群を用いて、FASTにおいて³He高速イオン集団をどの程度診断できるかについての初期的評価を提供するものである。中性子放出分光法（NES）、ガンマ線分光法（GRS）、および集団トムソン散乱（CTS）診断法について、最先端のハードウェアの記述とともに、必要とされる視線の予備解析を含めて検討した。標準的なFAST HモードシナリオにおけるICRH加速イオンの空間的・速度分布的粒子分布関数の数値シミュレーションに基づく解析結果は、NESおよびGRS測定が³He高速イオン集団の有効温度に関する情報を、20〜100 msの時間分解能で提供できることを示唆している。提案されたCTS診断法は、10 msの時間分解能と5〜10 cmの空間分解能で、高速イオンの平行方向および垂直方向の温度を測定することができる。本論文は、FASTにおける高エネルギーイオンの生成と診断の予測に関する科学的基盤を提供するものである。