Both fast ions and runaway electrons are described by distribution functions, the understanding of which are of critical importance for the success of future fusion devices such as ITER. Typically, energetic particle diagnostics are only sensitive to a limited subsection of the energetic particle phase-space which is often insufficient for model validation. However, previous publications show that multiple measurements of a single spatially localized volume can be used to reconstruct a distribution function of the energetic particle velocity-space by using the diagnostics' velocity-space weight functions, i.e. velocity-space Tomography. In this work we use the recently formulated orbit weight functions to remove the restriction of spatially localized measurements and present orbit tomography, which is used to reconstruct the 3D phase-space distribution of all energetic particle orbits in the plasma. Through a transformation of the orbit distribution, the full energetic particle distribution function can be determined in the standard {energy, pitch, r, z}-space. We benchmark the technique by reconstructing the fast-ion distribution function of an MHD-quiescent DIII-D discharge using synthetic and experimental FIDA measurements. We also use the method to study the redistribution of fast ions during a sawtooth crash at ASDEX upgrade using FIDA measurements. Finally, a comparison between the orbit tomography and velocity-space tomography is shown.
高速イオンと逃走電子はどちらも分布関数によって記述され、その理解はITERのような将来の核融合装置の成功にとって極めて重要である。典型的には、高エネルギー粒子診断は位相空間の限られた領域にのみ感度を持ち、そのためモデルの検証には不十分な場合が多い。しかしながら、これまでの研究により、単一の空間的に局在した体積に対する複数の測定を用いることで、診断の速度空間重み関数を用いて高エネルギー粒子の速度空間分布関数を再構成できることが示されている。すなわち、速度空間トモグラフィーである。本稿では、最近定式化された軌道重み関数を用いて、空間的に局在した測定という制約を取り除き、軌道トモグラフィーを提示する。これは、プラズマ中の全高エネルギー粒子軌道の3次元位相空間分布を再構成するものである。軌道分布の変換を通じて、完全な高エネルギー粒子分布関数を標準的な{エネルギー、ピッチ、r、z}空間で決定することができる。我々は、MHD静穏なDIII-D放電における合成および実験的なFIDA測定を用いて、この手法をベンチマークする。さらに、ASDEX Upgradeにおける鋸歯状振動クラッシュ時の高速イオン再分布の研究に本手法を適用する。最後に、軌道トモグラフィーと速度空間トモグラフィーの比較を示す。