Fast-ion loss detectors (FILDs) are crucial for analyzing fast-ion dynamics in magnetically confined fusion plasmas. A core challenge is to derive an accurate ion velocity distribution, requiring treatment of thousands of remapped camera frames for a full discharge. The ill-posed nature of this task necessitates regularization with a well-chosen regularization parameter and computationally efficient methods. In this work, we introduce the 'resolution principle,' a novel criterion for selecting the optimal regularization parameter, providing a distinction between genuine features and artefacts smaller than the diagnostic resolution in the reconstruction, thereby preventing misinterpretations. This principle, coupled with three iterative reconstruction techniques—Kaczmarz's method, coordinate descent, and Cimmino's method—demonstrates enhanced reconstruction capabilities compared to conventional methods like Tikhonov regularization. Utilizing these techniques allows rapid processing of measurements from full discharges, removing the computational bottleneck and facilitating between-discharge reconstructions. By reconstructing 6000 camera frames from an ELMy H-mode discharge at ASDEX Upgrade, we capture the temporal evolution of gyroradii and pitch angles, unveiling a direct correlation between pitch-angle behavior and changes in the toroidal magnetic field for a specific subset of lost ions accelerated by edge-localized modes (ELMs) to energies approximately twice that of the injection energy.
高速イオン損失検出器(FILD)は、磁気閉じ込め核融合プラズマ中の高速イオン動力学の解析に極めて重要である。核心的な課題は、正確なイオン速度分布を導出することであり、全放電にわたる数千枚の再マッピングされたカメラフレームの処理を必要とする。このタスクの非適切性は、適切に選択された正則化パラメータと計算効率の高い手法を備えた正則化を必要とする。本研究では、最適な正則化パラメータを選択するための新しい基準である「分解能原理」を導入する。これは、再構成における診断分解能よりも小さい真の特徴とアーティファクトを区別し、誤った解釈を防ぐことを可能にする。この原理は、Kaczmarz法、座標降下法、Cimmino法という3つの反復再構成手法と組み合わせることで、Tikhonov正則化のような従来法と比較して再構成能力が向上することを実証する。これらの手法を利用することで、全放電からの測定値を迅速に処理でき、計算上のボトルネックを解消し、放電間の再構成を可能にする。ASDEX UpgradeにおけるELMy Hモード放電からの6000枚のカメラフレームを再構成することにより、ジャイロ半径とピッチ角の時間発展を捉え、周辺局在モード(ELM)によって加速され、入射エネルギーの約2倍のエネルギーを持つ特定の損失イオン群について、ピッチ角挙動とトロイダル磁場の変化との直接的な相関を明らかにする。