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Investigation of fast ion characteristics via neutron emission spectroscopy in NBI–ICRF third-harmonic heating plasmas on EAST

A.D. Xu, Y.H. Li, T. Yu, J.Y. Zhang, M.Y. Xu, C.Y. Pan, B.L. Hao, Y.Q. Zhang, Z.S. Liu, X.T. Xu2026年6月Nuclear FusionIF 3出版社

We present the first comprehensive multi-sightline neutron spectrometry measurements during synergistic NBI and deuterium third-harmonic ICRF heating on EAST. Using the time-of-flight enhanced diagnostic (TOFED) and three compact organic scintillator spectrometers, we observed a significant broadening in the measured spectra, indicating the acceleration of fast ions well beyond the injection energy. TRANSP simulations reveal a fast ion distribution extending to approximately with a marked pitch-angle asymmetry favoring co-current velocities. These simulations are validated by synthetic spectra generated via the GENESIS code and the spectrometers’ instrumental response functions, which show excellent agreement with measurements. Furthermore, a TRANSP-independent weight-function analysis of the spectral cutoffs confirms the pitch asymmetry of the energetic tail. Orbit-topology calculations using the Orbit Weight Computational Framework (OWCF) demonstrate that this asymmetry is determined by the fast ion loss boundaries on EAST. These results establish the capability of multi-sightline neutron spectrometry to unveil the phase-space distribution of radiofrequency-accelerated ions, serving as a vital diagnostic for MeV-range fast ion physics relevant to future burning plasma research.

日本語訳

我々は、EASTにおける相乗的なNBIと重水素三次高調波ICRF加熱中の、初の包括的な多視線中性子分光測定を提示する。飛行時間増強診断装置(TOFED)と3台のコンパクトな有機シンチレータ分光器を用いて、測定スペクトルに有意な広がりを観測し、注入エネルギーをはるかに超える高速イオンの加速を示した。TRANSPシミュレーションは、約 まで広がり、コ・カレント方向の速度を優先する顕著なピッチ角非対称性を伴う高速イオン分布を明らかにする。これらのシミュレーションは、GENESISコードとスペクトロメータの装置応答関数によって生成された合成スペクトルによって検証され、測定と非常によく一致する。さらに、スペクトルの遮断端に対するTRANSPに依存しない重み関数解析は、高エネルギー尾部のピッチ非対称性を裏付ける。軌道重み計算フレームワーク(OWCF)を用いた軌道トポロジー計算は、この非対称性がEAST上の高速イオン損失境界によって決定されることを示す。これらの結果は、多視線中性子分光法が高周波加速イオンの位相空間分布を明らかにする能力を確立し、将来の燃焼プラズマ研究に関連するMeV領域の高速イオン物理にとって重要な診断手段となる。

装置

east高精度(タイトル一致)

wiki

Fusion Advanced Studies TorusEASTIon cyclotron heatingEnergetic ionNeutral beam injectionEmission spectroscopyNeutron emission

AIによる論文要約

EASTにおけるNBI-ICRF第三高調波加熱プラズマの中性子放出分光法による高速イオン特性の調査
JA核融合プラズマ物理の研究者、特に高速イオン加熱や中性子診断に関心のある大学院生や専門家#EAST #中性子分光 #高速イオン #ICRF加熱 #核融合
LLM向け: {"Title": "EASTにおけるNBI-ICRF第三高調波加熱プラズマの中性子放出分光法による高速イオン特性の調査", "Authors": "未記載",…

EASTトカマクで、中性粒子入射(NBI)と第三高調波イオンサイクロトロン周波数(ICRF)加熱の相乗効果により生成される高速イオンの特性を、複数視線方向の中性子スペクトル測定で初めて詳細に調べました。飛行時間型中性子検出器(TOFED)と3台の有機シンチレータ分光器を用いて、通常のNBI加熱エネルギーを超える高速イオンの加速を示すスペクトルの広がりを観測。TRANSPシミュレーションは、約500 keVまで広がる高速イオン分布と、プラズマ電流方向に偏ったピッチ角非対称性を予測し、GENESISコードによる合成スペクトルが測定とよく一致しました。さらに、重み関数解析と軌道計算により、この非対称性が高速イオンの損失境界に起因することを確認。これらの結果は、複数視線中性子分光法が、将来の燃焼プラズマ研究に重要なMeV領域の高速イオン位相空間分布を明らかにする有力な診断法であることを示しています。

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