The purpose of this review is to present the state-of-the-art in diagnosis, interpretation and modelling of waves, particles and the magnetic configuration in fusion plasmas. Knowledge of the magnetic configuration underpins all confinement, stability and transport physics, as well as being an essential prerequisite for the inference of plasma parameters from many diagnostics. As the effect of fast particles become important enough to modify the macroscopic variables of the plasma, the macroscopic fluid equations for equilibrium need to be modified to encapsulate the effects of pressure anisotropy, particle and heat flow. We present a review of such modifications in tokamak geometry, and review probabilistic validation techniques of different equilibrium models. In the last decade new spectral tools have also emerged to characterize the linear behaviour of waves and wave-modes, such as SVD, Fourier-SVD, data-mining and the bispectrum. An emerging trend is the use of statistics to characterize the nonlinear wave population of the plasma from wave field data. Finally, progress is reported on developments in understanding the physics of wave–particle resonant interactions, and the emerging science of the wave–particle–plasma interaction.
本レビューの目的は、核融合プラズマにおける波動、粒子、および磁場配位の診断と解釈に関する最新の知見を示すことである。磁場配位の知識は、閉じ込め、安定性、輸送のすべての物理の基盤であり、また多くの診断からプラズマパラメータを推定するための必須の前提条件でもある。高速粒子の効果がプラズマの巨視的変数を変更するほど重要になると、平衡状態を記述する巨視的流体方程式は、圧力異方性、粒子および熱流の効果を組み込むように修正される必要がある。本レビューでは、トカマク幾何学におけるそのような修正について概説し、異なる平衡モデルの確率的検証手法についてもレビューする。過去10年間で、波動および波動モードの線形特性を特徴付けるための新しいスペクトルツールも登場しており、例えばSVD、フーリエ-SVD、データマイニング、バイスペクトルなどがある。新たなトレンドとして、波動場データからプラズマ中の非線形波動集団を特徴付けるための統計手法の使用が挙げられる。最後に、波動-粒子共鳴相互作用の物理の理解における進展と、波動-粒子-プラズマ相互作用という新興科学について報告する。