Transport processes of fast ions in axisymmetric low-aspect-ratio spherical torus (ST) plasmas are investigated, which are induced by non-conservation of the magnetic moment μ. The reason for non-conservation of μ of fast ions in STs is the relatively large adiabaticity parameter ε typically exceeding the value 0.1 (ε = ratio of ion gyroradius to the gradient scale length of the magnetic field). Both analytical and numerical evaluations of the magnitude of non-adiabatic variations of μ are performed. Non-adiabaticity effects are shown to be most significant for fast ions for which the bounce oscillations are in resonance with the gyromotion, i.e. for ions with ωB−lωb = 0, where ωB and ωb represent the bounce-averaged gyrofrequency and the bounce frequency, respectively, and l is an integer. The critical threshold of the adiabaticity parameter, εcr, to be exceeded for the transition to stochastic behaviour of fast ions in axisymmetric STs is inspected. Non-adiabatic variations of μ are shown to lead to collisionless transformation of trapped orbits into circulating ones and vice versa. For the case of strong non-adiabaticity, ε>εcr we assess the transport coefficients describing intense collisionless pitch angle diffusion, whereas, in the case of weak non-adiabaticity, ε<εcr, the more substantial coefficients of enhanced collisional radial diffusion and convection of fast ions gyrating resonantly with the bounce oscillations are estimated.
軸対称低アスペクト比球状トーラス（ST）プラズマにおける高速イオンの輸送過程を調査した。これは磁気モーメントμの非保存によって誘起されるものである。STにおける高速イオンのμの非保存の理由は、断熱性パラメータεが比較的大きく、典型的には0.1を超えることにある（ε＝イオンのジャイロ半径と勾配スケール長の比）。μの非断熱変動の大きさについて、解析的および数値的評価の両方を実施した。非断熱効果は、バウンス振動がジャイロ運動と共鳴する高速イオン、すなわちωB−lωb＝0を満たすイオンに対して最も顕著であることが示された。ここでωBとωbはそれぞれバウンス平均ジャイロ周波数とバウンス周波数を表し、lは整数である。軸対称STにおける高速イオンの確率的挙動への遷移に対して超えなければならない断熱性パラメータの臨界値εcrを調査した。μの非断熱変動は、捕捉軌道から周回軌道への、およびその逆の無衝突変換をもたらすことが示された。強い非断熱性の場合（ε＞εcr）には、激しい無衝突ピッチ角拡散を記述する輸送係数を評価した。一方、弱い非断熱性の場合（ε＜εcr）には、バウンス振動と共鳴的にジャイロ運動する高速イオンの、より顕著な衝突性動径拡散および対流の係数を推定した。