This work introduces a reduced model to predict the ‘resonance overlap threshold’ governing transport of fast ions (FIs) by toroidal Alfvén eigenmodes (TAEs) in tokamak plasmas. TAE-FI resonance occurs within distinct ‘resonance regions’ of particle phase space, which grow wider when the TAE mode amplitude increases. If these resonance regions are separate then FI transport is limited and localised; if multiple resonance regions overlap then large-scale stochastic transport of FIs can occur, jeopardising confinement. Predicting the resonance overlap threshold between these two scenarios is an important problem in the field of FI transport modelling. Current workflows rely on computationally expensive orbit-following codes; the new reduced resonance overlap model provides a much simpler and faster alternative, for ease of implementation in integrated models. In this paper, we apply this approach to passing particles and find good agreement with more detailed numerical modelling, including HALO code simulations. Models based on this approach could provide a useful step in increasing efficiency of predictive modelling for next-generation fusion reactors.
本研究では、トカマクプラズマ中のトロイダル・アルヴェン固有モード(TAE)による高速イオン(FI)の輸送を支配する「共鳴オーバーラップ閾値」を予測するための縮約モデルを導入する。TAE-FI共鳴は粒子位相空間内の個別の「共鳴領域」内で発生し、これらの領域はTAEモード振幅が増大すると広くなる。これらの共鳴領域が分離している場合、FI輸送は限定的かつ局所的である。一方、複数の共鳴領域が重なる場合、FIの大規模な確率輸送が発生し、閉じ込めを損なう可能性がある。これらの2つのシナリオの間の共鳴オーバーラップ閾値を予測することは、FI輸送モデリングの分野における重要な問題である。現在のワークフローは計算コストの高い軌道追跡コードに依存しているが、新しい縮約共鳴オーバーラップモデルは、統合モデルへの実装を容易にする、はるかに単純で高速な代替手段を提供する。本論文では、このアプローチを通過粒子に適用し、HALOコードシミュレーションを含むより詳細な数値モデリングと良好な一致を得る。このアプローチに基づくモデルは、次世代核融合炉の予測モデリングの効率を高めるための有用な一歩となる可能性がある。