This study investigates the ion cyclotron emission (ICE) excited by tritium ions generated through deuterium‒deuterium fusion reactions in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). ICE is an electromagnetic instability driven by fast ions, and its excitation mechanism is primarily explained by magnetoacoustic cyclotron instability (MCI) theory, which describes energy transfer between fast ions and Alfvénic waves. Since ICE is closely related to the distribution of fast ions, the MCI growth rate is computed using linear theory based on the fast ion distribution calculated by TRANSP. Based on experimental parameters from EAST, we apply MCI theory to analyze the ICE growth rate and investigate the effects of key factors such as the propagation angle and the ratio of fast tritium ions to bulk deuterium plasma density. Experimental findings indicate that ICE excitation is at the fundamental frequency, simulations support that the propagation angle is approximately between 80° and 85°. At the fundamental frequency, the MCI growth rate increases with the propagation angle but decreases as the fast tritium ion density decreases. These results provide insights into the physics of ICE excitation and highlight its potential as the diagnostic tool for fast ions in future fusion reactors, including CFETR, DEMO, and ITER. Understanding ICE can help optimize fusion plasma performance and improve fast-ion confinement in next-generation magnetically confined fusion devices.
本研究は、Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) における重水素–重水素核融合反応によって生成されたトリチウムイオンによって励起されるイオンサイクロトロン放出 (ICE) を調査する。ICEは高速イオンによって駆動される電磁的不安定性であり、その励起機構は主に、高速イオンとアルフヴェン波との間のエネルギー伝達を記述する磁気音響サイクロトロン不安定性 (MCI) 理論によって説明される。ICEは高速イオンの分布と密接に関連しているため、MCI成長率は、TRANSPによって計算された高速イオン分布に基づく線形理論を用いて計算される。EASTからの実験パラメータに基づき、MCI理論を適用してICE成長率を解析し、伝播角やバルク重水素プラズマ密度に対する高速トリチウムイオンの比などの主要因子の影響を調べる。実験結果は、ICE励起が基本周波数であることを示し、シミュレーションは伝播角がおよそ80°から85°の間であることを支持する。基本周波数では、MCI成長率は伝播角とともに増加するが、高速トリチウムイオン密度が減少するにつれて減少する。これらの結果は、ICE励起の物理に関する洞察を提供し、CFETR、DEMO、ITERを含む将来の核融合炉における高速イオンの診断ツールとしての可能性を強調する。ICEを理解することは、核融合プラズマ性能の最適化と、次世代磁気閉じ込め核融合装置における高速イオン閉じ込めの改善に役立つ。