The performance of the auxiliary heating systems ion cyclotron resonance heating and neutral beam injection is calculated in three different magnetic mirror configurations foreseen to be used in future experiments in the Wendelstein 7-X stellarator: low, standard and high mirror. This numerical work is implemented with the SCENIC code package, which is designed to model three-dimensional magnetic equilibria whilst retaining effects such as anisotropy and the influence of including a finite orbit width of the particles. The ability to simulate NBI deposition in three-dimensional equilibria, the implementation of the realistic beam injector geometry, and the modification of the SCENIC package to permit the investigation of the 3-ion species heating scheme, are recent developments. Using these modifications, an assessment of the advantages and disadvantages of these two fast-ion producing auxiliary heating systems is made in the three different magnetic mirror equilibria. For NBI heating, the high mirror configuration displays the best global confinement properties, resulting in a larger collisional power transfer to the background plasma. The standard mirror has the best particle confinement in the core region, but the worst towards the edge of the plasma. The low mirror has the largest lost power and thus the lowest total collisional power. For ICRH, the displacement of the RF-resonant surface significantly impacts the heating performance. Due to the large toroidal magnetic mirror in the high mirror equilibrium, resonant particles easily become trapped and cannot remain in resonance, generating only small energetic particle populations. Despite this, global confinement is still the strongest in this equilibrium. The low mirror is the only equilibrium to produce peaked on-axis collisional power deposition, with associated peaked on-axis fast ion pressure profiles. A highly energetic particle population is then produced but this results in larger lost power as this equilibrium is not sufficiently optimised for fast ion confinement. A comparison between the two heating methods concludes that NBI produces a smaller fraction of lost to input power, and a reduced sensitivity of the performance to variations of the toroidal magnetic mirror. The main limit of NBI which does not apply to ICRH is the production of highly energetic particle populations, with predictions of energetic particles of E ∼ 0.45 MeV.
補助加熱システムであるイオンサイクロトロン共鳴加熱と中性粒子ビーム入射の性能が、ヴェンデルシュタイン7-Xステラレータにおける将来の実験で使用されることが想定されている3つの異なる磁気ミラー配位、すなわち低ミラー、標準ミラー、高ミラー配位において計算された。この数値的研究は、異方性や有限軌道幅の効果などの影響を保持しつつ、3次元磁気平衡をモデル化するように設計されたSCENICコードパッケージを用いて実施された。3次元平衡におけるNBI堆積のシミュレーション、現実的なビーム入射器形状の実装、および3イオン種加熱スキームの調査を可能にするためのSCENICパッケージの改良は、最近の開発である。これらの改良を用いて、2つの高速イオン生成補助加熱システムの利点と欠点の評価が、3つの異なる磁気ミラー平衡において行われた。NBI加熱に関しては、高ミラー配位が最も優れた全体閉じ込め特性を示し、その結果、背景プラズマへのより大きな衝突性電力伝達がもたらされる。標準ミラー配位は、コア領域において最も優れた粒子閉じ込めを示すが、プラズマ端部に向かっては最も劣った閉じ込めを示す。低ミラー配位は、最も大きな損失電力を有し、したがって最も低い総衝突性電力を示す。ICRHに関しては、RF共鳴面の変位が加熱性能に有意な影響を及ぼす。高ミラー平衡における大きなトロイダル磁気ミラーにより、共鳴粒子は容易に捕捉され、共鳴状態に留まることができず、その結果、小さな高エネルギー粒子集団しか生成されない。それにもかかわらず、この平衡における全体閉じ込めは依然として最も強い。低ミラー配位のみが、軸上でのピークを持つ衝突性電力堆積を生成し、それに伴う軸上でのピークを持つ高速イオン圧力分布を示す。その後、高度に高エネルギー化された粒子集団が生成されるが、この平衡は高速イオン閉じ込めに対して十分に最適化されていないため、結果としてより大きな損失電力を生じる。2つの加熱方法の比較から、NBIは損失電力対入力電力の比がより小さく、トロイダル磁気ミラーの変化に対する性能の感度もより低いことが結論づけられる。ICRHには適用されないNBIの主な限界は、E ∼ 0.45 MeVの高エネルギー粒子の予測を伴う、高度に高エネルギー化された粒子集団の生成である。