It is the first time that fast negative-ion loss signals are observed by Fast-ion Loss Detector (FILD) and analyzed in EAST neutral beam injection experiment. Velocity-space distributions of lost fast negative and positive ions reconstructed by the FILDSIM code are basically consistent. Orbit analysis backtracked by the ASCOT code shows that the fast negative ions are generated at the low-field side (LFS) scrape-off layer, whereas the fast positive ions are generated near the last closed flux surface (LCFS) at both the high- and LFSs. The existence of fast negative-ion loss indirectly suggests a very high neutral particle density near both the main limiter and antenna limiter. The differing birth locations of fast positive and negative ions result in distinct loss behaviors during ELM H-mode and n = 3 rotating RMP experiments. The asymmetry of neutral particle density in tokamak suggest that previous studies may have underestimated the fraction of charge exchange (CX) losses due to the assumption of a uniform neutral particle density outside the LCFS. Therefore, simulations evaluating the CX loss fraction in the future should account for a three-dimensional distribution of neutral particle density, including local gas puffing and the neutral particle density around various limiters.
高速負イオン損失信号がEAST中性粒子ビーム入射実験においてFast-ion Loss Detector (FILD)によって観測され、解析されたのは今回が初めてである。FILDSIMコードによって再構成された失われた高速負イオンおよび正イオンの速度空間分布は基本的に一致している。ASCOTコードによって逆追跡された軌道解析は、高速負イオンが低磁場側(LFS)スクレイプオフ層で生成されるのに対し、高速正イオンは高磁場側と低磁場側の両方の最終閉磁気面(LCFS)近傍で生成されることを示している。高速負イオン損失の存在は、主リミターとアンテナリミターの両方の近傍で中性粒子密度が非常に高いことを間接的に示唆している。高速正イオンと負イオンの生成位置の違いは、ELM Hモードおよびn=3回転RMP実験における損失挙動の顕著な違いをもたらす。トカマクにおける中性粒子密度の非対称性は、LCFS外側で一様な中性粒子密度を仮定したために、先行研究が荷電交換(CX)損失の割合を過小評価していた可能性を示唆している。したがって、将来CX損失割合を評価するシミュレーションでは、局所的なガス入射と様々なリミター周辺の中性粒子密度を含む、中性粒子密度の三次元分布を考慮すべきである。