This work studies the influence of radio frequency (RF) waves in the ion cyclotron resonance heating (ICRH) range of frequencies on fusion alphas during the recent JET D-T campaign. Fusion alphas from D-T reactions are created with energies of about 3.5 MeV and therefore have significant Doppler shifts enabling synergistic interactions between them and RF waves at a broad range of frequencies, including the ones foreseen for future fusion machines in ITER (Schneider et al 2021 Nucl. Fusion61 126058) and SPARC (Creely et al 2020 J. Plasma Phys.86 865860502). Resonant interactions between RF waves and alphas, also called synergistic effects, will modify the alpha distribution and ultimately will have an impact on alpha orbit losses and heating. Data from JET 3.43 T/2.3 MA pulses based on the hybrid scenario (Hobirk et al 2023 Nucl. Fusion; Hobirk et al 29th IAEA FEC23 Conf. (16–21 October 2023); Challis et al 48th EPS Conf. on Plasma Physics (27 June–1 July 2022) during the DTE2 campaign (Maggi et al 2023 Nucl. Fusion)) were used for the analysis in this study. The impact of synergistic effects on alpha orbit losses and alpha heating are assessed. The conclusions are based on the analysis of experimental data for fast alpha losses, i.e. measurements from neutral particle analyser (NPA), fast ion losses scintillator detector, Faraday cups (FCs), and TRANSP (Hawryluk et al 1980 Physics of Plasmas Close to Thermonuclear Conditions vol 1 (CEC) pp 19–46) simulations. Experimental data and TRANSP analysis indicates that there are indeed changes in the alpha distribution function (DF) due to interaction with RF waves. Data from the NPA show increased 4He flux in the range from a few hundred keV up to 800 keV for pulses with RF power, while TRANSP clearly shows modifications in the fast alpha DF for these energies. Data from the scintillator detector and the FCs were compared for pulses with and without ICRH power and versus cases with enhanced alpha losses due to MHD activity. The trends from these diagnostics consistently show no additional alpha losses due to interaction with RF waves. TRANSP predictions for the impact of ynergistic effects on alpha heating show up to a 42% increase in alpha electron heating and up to a 25% increase in alpha ion heating. These effects, however, become negligibly small, less than 1%, when alpha heating is compared to the total auxiliary heating power in the investigated JET pulses.
本研究は、最近のJET D-Tキャンペーン中における核融合アルファ粒子に対する、イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）周波数範囲の高周波（RF）波の影響を調査するものである。D-T反応からの核融合アルファ粒子は約3.5 MeVのエネルギーで生成されるため、大きなドップラーシフトを持ち、それにより、将来の核融合装置であるITER（Schneider et al 2021 Nucl. Fusion61 126058）およびSPARC（Creely et al 2020 J. Plasma Phys.86 865860502）で想定されている周波数を含む広範囲の周波数で、アルファ粒子とRF波の間の相乗的相互作用が可能になる。RF波とアルファ粒子の間の共鳴相互作用は、相乗効果とも呼ばれ、アルファ粒子分布を変化させ、最終的にはアルファ粒子の軌道損失と加熱に影響を及ぼす。本研究の解析には、DTE2キャンペーン（Maggi et al 2023 Nucl. Fusion）中における、ハイブリッドシナリオ（Hobirk et al 2023 Nucl. Fusion; Hobirk et al 29th IAEA FEC23 Conf. (16–21 October 2023); Challis et al 48th EPS Conf. on Plasma Physics (27 June–1 July 2022)）に基づくJET 3.43 T/2.3 MAパルスからのデータを使用した。相乗効果がアルファ粒子の軌道損失およびアルファ粒子加熱に及ぼす影響が評価される。結論は、高速アルファ粒子損失に関する実験データ、すなわち中性粒子分析器（NPA）、高速イオン損失シンチレータ検出器、ファラデーカップ（FC）からの測定値、およびTRANSP（Hawryluk et al 1980 Physics of Plasmas Close to Thermonuclear Conditions vol 1 (CEC) pp 19–46）シミュレーションの解析に基づいている。実験データとTRANSP解析は、RF波との相互作用によるアルファ粒子分布関数（DF）の変化が確かに存在することを示している。NPAからのデータは、RF出力を有するパルスについて、数百keVから800 keVまでの範囲で4Heフラックスの増加を示しており、一方TRANSPはこれらのエネルギーにおける高速アルファ粒子DFの変化を明確に示している。シンチレータ検出器とFCのデータは、ICRH出力を有するパルスと有しないパルスについて比較され、またMHD活動によるアルファ粒子損失の増大したケースと比較された。これらの診断装置からの傾向は、RF波との相互作用による追加のアルファ粒子損失がないことを一貫して示している。相乗効果がアルファ粒子加熱に及ぼす影響に関するTRANSP予測は、アルファ粒子による電子加熱の最大42%の増加と、アルファ粒子によるイオン加熱の最大25%の増加を示している。しかしながら、調査対象のJETパルスにおいてアルファ粒子加熱を総補助加熱電力と比較すると、これらの効果は1%未満と無視できるほど小さくなる。