Most atomic models for neutral hydrogen beams in fusion plasmas assume a statistical (Boltzmann) distribution of populations for excited states with the same principal quantum number n. Here we analyze population distributions for the excited magnetic sublevels of a beam under typical conditions of existing and future fusion devices. The collisional–radiative model NOMAD based on completely m-resolved parabolic states up to n = 10 is used to study this problem. The model utilizes new proton-impact excitation data calculated with the atomic-orbital close-coupling method and the Glauber approximation and takes into account electric-field-induced ionization from highly excited states. Our simulations show that the statistical assumption for a specific n is generally not valid for typical fusion conditions due to radiative processes and strong field ionization. The deviation increases considerably for higher beam energies and stronger magnetic fields. The calculated line intensities of σ and π components and beam-emission parameters are discussed in detail.
核融合プラズマ中の中性水素ビームに対するほとんどの原子モデルは、同じ主量子数nを持つ励起状態のポピュレーションが統計的（ボルツマン）分布に従うと仮定している。本論文では、既存および将来の核融合装置の典型的な条件下におけるビームの励起磁気副準位のポピュレーション分布を解析する。この問題を研究するために、n = 10までの完全にm分解された放物線状態に基づく衝突放射モデルNOMADを用いる。このモデルは、原子軌道閉殻結合法とグラウバー近似を用いて計算された新しい陽子衝突励起データを採用し、高励起状態からの電場誘起電離を考慮している。我々のシミュレーションは、典型的な核融合条件下では、放射過程と強い電場電離により、特定のnに対する統計的仮定が一般に成り立たないことを示している。その偏差は、より高いビームエネルギーとより強い磁場において著しく増大する。σ成分とπ成分の計算された線強度およびビーム発光パラメータについて詳細に議論する。