The fast-ion distribution function in fusion plasmas can only be measured indirectly by solving an ill-posed inverse problem. The inversion being ill-posed necessitates regularisation of the problem to ensure that the reconstruction of the fast-ion distribution function depends smoothly on the measurements obtained by fast-ion diagnostics. In turn, the resulting reconstruction depends on the choice of regularisation, and it is therefore beneficial to choose a physics-informed prior as regularisation scheme. In this work, we reconstruct the high-energy tail in the MeV-range of the fast-deuterium distribution in JET discharges heated by waves in the ion cyclotron range of frequencies (ICRF) using neutron and gamma-ray emission spectroscopy. We do this by applying a physics-informed prior based on collision physics and a newly formulated ICRF-physics prior, and we compare these results with numerical simulations and inversions based on a standard Tikhonov regularisation scheme. Our findings suggest that the physics-informed regularisation scheme including the ICRF prior improves the reconstructions compared with standard Tikhonov regularisation. Finally, it is shown that constraining the reconstruction to have negative gradients in the directions of phase space dictated by ICRF physics results in a reconstruction that well resembles expectations based on ICRF physics theory and numerical simulations.
核融合プラズマ中の高速イオン分布関数は、不良設定逆問題を解くことによってのみ間接的に測定することができる。逆問題が不良設定であるため、高速イオン分布関数の再構成が高速イオン計測により得られた測定値に滑らかに依存することを保証するために、問題の正則化が必要となる。その結果得られる再構成は正則化の選択に依存するため、正則化法として物理に基づく事前分布を選択することが有益である。本研究では、イオンサイクロトロン周波数帯域(ICRF)の波によって加熱されたJET放電における高速重水素分布のMeV領域の高エネルギー尾部を、中性子およびガンマ線発光分光法を用いて再構成する。我々は、衝突物理に基づく物理事前分布と新たに定式化されたICRF物理事前分布を適用し、これらの結果を数値シミュレーションおよび標準的チホノフ正則化法に基づく逆変換と比較する。我々の発見は、ICRF事前分布を含む物理に基づく正則化法が、標準的なチホノフ正則化と比較して再構成を改善することを示唆している。最後に、再構成をICRF物理によって決定される位相空間の方向において負の勾配を持つように制約すると、ICRF物理理論および数値シミュレーションに基づく期待によく類似した再構成が得られることが示される。