The behaviour of fast ions, generated by high energy neutral beams, is investigated in the MAST spherical tokamak using a spatially scanning neutral particle analyser (NPA), which has views that detect charge exchange neutrals from both passing and trapped ions. Almost featureless neutral particle spectra are produced, characteristic of thermalization of the neutral beam energy components, when viewing the charge exchange neutrals from passing fast ions in both L- and H-modes. Using NPA views with low tangency radius, RNPA, both passing and trapped fast ions can be monitored. In L-mode, similar featureless spectra are observed in contrast to H-mode, where they are highly structured. All these aspects have been faithfully reproduced using particle transport codes showing, in particular, that the H-mode spectra found at low RNPA arise from a small fraction of poorly confined trapped fast ions at the edge, an effect enhanced by the relatively high edge ion and neutral densities.
高エネルギー中性粒子ビームによって生成された高速イオンの挙動を、MAST球状トカマクにおいて、空間走査型中性粒子分析器(NPA)を用いて調査した。この分析器は、通過軌道イオンと捕捉軌道イオンの両方からの荷電交換中性粒子を検出する視野を有する。通過軌道の高速イオンからの荷電交換中性粒子を観測すると、LモードとHモードの両方において、中性粒子ビームのエネルギー成分の熱化を示す、ほぼ特徴のない中性粒子スペクトルが得られた。低い接線半径RNPAを有するNPA視野を用いることで、通過軌道と捕捉軌道の両方の高速イオンを監視できる。Lモードでは同様の特徴のないスペクトルが観測されるのに対し、Hモードでは高度に構造化されたスペクトルが観測される。これらのすべての側面は、粒子輸送コードを用いて忠実に再現された。特に、低いRNPAで見られるHモードスペクトルは、周辺部における捕捉軌道の高速イオンのごく一部が閉じ込めが不十分であることに起因し、この効果は周辺部のイオン密度と中性粒子密度が高いことによって増強されることが示された。