We present the first validated synthetic diagnostic for fast ion loss detectors (FILDs) in the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator. This model has been developed on, and validated against experimental data from, a FILD provided by the National Institute for Fusion Science (NIFS-FILD), with potential future applicability to the existing Faraday Cup FILD (FC-FILD) on W7-X as well as the scintillating FILD (S-FILD) currently under development. A workflow combining Monte Carlo codes BEAMS3D and ASCOT5 is used to track fast ions produced by neutral beam injection from the moment of ionization until they are thermalized or lost from the last closed flux surface, and from there to a virtual plane which serves as a projection of the entrance aperture to the FILD. Simulations in ASCOT5 are analyzed via a geometric method to determine the probability of transmission through the FILD aperture and onto the detector as a function of normalized momentum, pitch angle, gyrophase, and position at the virtual plane. This probability is then applied to the simulated ions arriving from the plasma, producing a simulated signal from a computationally tractable number of simulated fast ions. Simulated signals are presented for two W7-X experiments with neutral beam injection and quantitatively compared with experimental measurements from the NIFS-FILD diagnostic. An estimate of the frequency of charge-exchange with neutral particles in the edge is performed, and it is found that this process may have a significant impact on the measured signals.
我々は、Wendelstein 7-X（W7-X）ステラレータにおける高速イオン損失検出器（FILD）のための、初の検証済み合成診断を提示する。このモデルは、核融合科学研究所（NIFS-FILD）が提供するFILDの実験データに基づいて開発され、それに対して検証されており、W7-Xに既設のファラデーカップFILD（FC-FILD）および現在開発中のシンチレーションFILD（S-FILD）への将来の適用可能性を有する。モンテカルロコードBEAMS3DおよびASCOT5を組み合わせたワークフローを用いて、中性粒子ビーム入射によって生成された高速イオンを、電離の瞬間から熱化されるか最終閉磁気面から失われるまで追跡し、さらにそこからFILDの入射開口の射影として機能する仮想平面まで追跡する。ASCOT5におけるシミュレーションは幾何学的手法により解析され、仮想平面における規格化運動量、ピッチ角、ジャイロ位相、および位置の関数として、FILD開口を通って検出器に到達する透過確率が決定される。この確率は次に、プラズマから到来するシミュレーションイオンに適用され、計算的に扱いやすい数のシミュレーション高速イオンからシミュレーション信号を生成する。シミュレーション信号は、中性粒子ビーム入射を伴う2つのW7-X実験について提示され、NIFS-FILD診断からの実験測定値と定量的に比較される。周辺部における中性粒子との荷電交換の頻度の推定が行われ、この過程が測定信号に有意な影響を及ぼす可能性があることが見出された。