Tokamak plasmas can feature a large population of energetic particles (EP) from neutral beam injection or fusion reactions. In turn, energetic particles can drive instabilities, which affect the driving EP population leading to a distortion of the original EP distribution function and of quantities that depend on it. The latter include, for example, neutral beam (NB) current drive and plasma heating through EP thermalization. Those effects must be taken into account to enable reliable and quantitative simulations of discharges for present devices as well as predictions for future burning plasmas. Reduced models for EP transport are emerging as an effective tool for long time-scale integrated simulations of tokamak plasmas, possibly including the effects of instabilities on EP dynamics. Available models differ in how EP distribution properties are modified by instabilities, e.g. in terms of gradients in real or phase space. It is therefore crucial to assess to what extent different assumptions in the transport models affect predicted quantities such as EP profile, energy distribution, NB driven current and energy/momentum transfer to the thermal populations. A newly developed kick model, which includes modifications of the EP distribution by instabilities in both real and velocity space, is used in this work to investigate these issues. Coupled to TRANSP simulations, the kick model is used to analyze NB-heated NSTX and DIII-D discharges featuring unstable Alfvén eigenmodes (AEs). Results show that instabilities can strongly affect the EP distribution function, and modifications propagate to macroscopic quantities such as NB-driven current profile and NB power transferred to the thermal plasma species. Those important aspects are only qualitatively captured by simpler fast ion transport models that are based on radial diffusion of energetic ions only.
トカマクプラズマは、中性粒子ビーム入射や核融合反応による高エネルギー粒子（EP）の大きな集団を特徴とすることができる。さらに、高エネルギー粒子は不安定性を駆動することができ、その不安定性は駆動源であるEP分布に影響を及ぼし、元のEP分布関数およびそれに依存する諸量の歪みを引き起こす。後者には、例えば、中性粒子ビーム（NB）電流駆動やEP熱化によるプラズマ加熱が含まれる。これらの効果は、現在の装置における放電の信頼性の高い定量的シミュレーションと、将来の燃焼プラズマ装置における予測の両方を可能にするために考慮されなければならない。EP輸送の低次化モデルは、トカマクプラズマの長時間スケール統合シミュレーションのための有効なツールとして登場しつつあり、不安定性がEPダイナミクスに及ぼす影響を組み込む可能性もある。利用可能なモデルは、不安定性によるEP分布特性の修正方法、例えば実空間および位相空間における勾配の扱いにおいて異なる。したがって、輸送モデルにおける異なる仮定が、EPプロファイル、エネルギー分布、NB駆動電流、および熱プラズマ成分へのエネルギー・運動量伝達などの予測量にどの程度影響するかを評価することが極めて重要である。本研究では、新たに開発されたキックモデルを用いてこれらの問題を調査する。このモデルは、実空間と速度空間の両方における不安定性によるEP分布の修正を組み込んでいる。TRANSPシミュレーションと結合されたキックモデルは、不安定なアルヴェン固有モード（AE）を特徴とするNB加熱NSTXおよびDIII-D放電の解析に使用される。結果は、不安定性がEP分布関数に強く影響し得ること、そしてその修正がNB駆動電流プロファイルや熱プラズマ成分に伝達されるNBパワーなどの巨視的諸量に波及することを示している。これらの重要な側面は、高エネルギーイオンの動径拡散のみに基づくより単純な高速イオン輸送モデルでは定性的にしか捉えられない。