A model for simulating charge exchange (CX) of fast ions with background atoms in magnetically confined fusion plasmas has been implemented in the ASCOT orbit-following code. The model was verified by comparing simulated reaction mean free paths to analytical values across a range of fusion-relevant parameters. ASCOT was used to simulate beam ions slowing down in the presence of CX reactions in a MAST-U target scenario. ASCOT predicts the CX-induced loss of beam power to be , which agrees to within with the TRANSP prediction. Due to CX, plasma heating and current drive by beam ions are strongly reduced towards the edge. However, an overall lower but noticeable increase of up to in current drive is predicted closer to the core. The simulated deposition of fast CX atoms on the wall is concentrated around the outer midplane, with estimated peak power loads of 70–80 kW m−2 on the central poloidal field coils (P5) and the vacuum vessel wall between them. This analysis demonstrates that ASCOT can be used to simulate fast ions in fusion plasmas where CX reactions play a significant role, e.g. in spherical tokamaks and stellarators.
磁気閉じ込め核融合プラズマ中の高速イオンと背景粒子との電荷交換（CX）をシミュレーションするモデルが、ASCOT軌道追跡コードに実装された。このモデルは、核融合関連のさまざまなパラメータ範囲にわたって、シミュレーションによる反応平均自由行程を解析値と比較することにより検証された。ASCOTを用いて、MASTターゲットシナリオにおいてCX反応の存在下でのビームイオンの減速をシミュレーションした。ASCOTは、CXによるビームパワーの損失を と予測し、これはTRANSPの予測と 以内で一致する。CXにより、プラズマ加熱およびビームイオンによる電流駆動は、エッジ領域に向かって強く減少する。しかしながら、コア領域に近づくにつれて、最大 までの電流駆動の全体的な減少は小さいものの、顕著な増加が予測される。壁面上への高速CX原子の堆積は外側中平面付近に集中しており、中心ポロイダル磁場コイル（P5）およびその間の真空容器壁における推定ピーク熱負荷は70〜80 kW m⁻²である。この解析は、ASCOTが、球状トカマクやステラレータなどCX反応が重要な役割を果たす核融合プラズマ中の高速イオンシミュレーションに使用可能であることを実証している。