Temporal evolution of the energy distributions of fast ions produced by pulses of neutral beam injection (NBI) in fusion devices is studied. Distribution functions of both the NBI ions and the ions born by beam–plasma fusion reactions are considered. New features of these distributions are revealed. In particular, it is found that after a short NBI pulse (blip) the maximum value of the energy distribution function grows or decreases during the slowing down of NBI ions, depending on the particle energy (although the number of particles is conserved); in the first case the distribution looks like a soliton moving in the velocity space. The behaviour is similar for multiple NBI blips that are well separated in time. In contrast to this, when time intervals between the NBI blips are not large, i.e. less than the fast ion slowing down time, a distribution function with several maxima can be formed. In the case of long-lasting NBI pulses, like those in the Wendelstein 7-X stellarator, an inverse energy distribution is formed in a wide region at the initial stage of each pulse, which is a destabilizing factor. The populations of NBI ions and the ions produced by the D–D fusion reaction are evaluated. It is found that the energy content of fusion products is much less than that of the NBI ions for a plasma temperature of about 5 keV and particles injected at 60 keV. Therefore, NBI ions rather than fusion reaction products represent the main source of possible collective phenomena in plasmas under the considered conditions.
核融合装置における中性粒子ビーム入射（NBI）のパルスによって生成される高速イオンのエネルギー分布の時間発展を研究した。NBIイオンとビーム・プラズマ核融合反応で生成されるイオンの両方の分布関数を考察する。これらの分布の新たな特徴が明らかにされた。特に、短いNBIパルス（ブリップ）の後、エネルギー分布関数の最大値は、NBIイオンの減速中に、粒子エネルギーに依存して増加または減少することが見出された（粒子数は保存されるが）。最初の場合、分布は速度空間を移動するソリトンのように見える。この挙動は、時間的に十分に分離された複数のNBIブリップについても同様である。これとは対照的に、NBIブリップ間の時間間隔が大きくない場合、すなわち高速イオンの減速時間より短い場合には、複数の極大を持つ分布関数が形成され得る。長時間持続するNBIパルスの場合、例えばWendelstein 7-Xステラレータのような場合、各パルスの初期段階で広い領域にわたって逆転分布が形成され、これは不安定化要因となる。NBIイオンとD–D核融合反応で生成されるイオンの分布を評価した。プラズマ温度が約5 keV、粒子が60 keVで入射される場合、核融合生成物のエネルギー含有量はNBIイオンのそれよりもはるかに小さいことが見出された。したがって、考察された条件下では、NBIイオンが核融合反応生成物よりも、考えられる集団現象の主要な源となる。