Measurements of ion cyclotron emission (ICE) are obtained from most large magnetically confined fusion plasma experiments, and may be used in future to quantify properties of the fusion-born alpha-particle population in deuterium-tritium (DT) plasmas in ITER. ICE is driven by spatially localised, strongly non-Maxwellian, minority energetic ion populations which relax collectively under the magnetoacoustic cyclotron instability. ICE spectral peaks are typically observed at, near, or separated by, integer harmonics of the energetic ion cyclotron frequency. Here, for the first time, we study how simulated ICE spectra from DT plasmas vary with tritium concentration and compare with an observed JET DT ICE spectrum. We incorporate a population of thermal tritons, in addition to thermal deuterons and an energetic minority population of fusion-born alpha-particles, in simulations with the kinetic particle-in-cell code EPOCH. This code has previously been used extensively for interpretation of ICE observations in terms of the self-consistent gyro-resolved collective Maxwell-Lorentz dynamics of tens of millions of simulation particles. Our simulation parameters are relevant to the ICE-generative outer midplane edge region of JET DT plasma 26 148, which included 11% tritium. Quantifying the variation of simulated ICE power spectra with tritium concentration reveals that our simulation with 11% tritium concentration most accurately represents the observed ICE spectrum from this plasma. This outcome is encouraging for the diagnostic application of ICE to fusion plasmas containing two thermal ion species, including future DT plasmas.
イオンサイクロトロン放射(ICE)の測定は、ほとんどの大型磁気閉じ込め核融合プラズマ実験で得られており、将来、ITERの重水素-トリチウム(DT)プラズマにおける核融合生成アルファ粒子集団の特性を定量化するために使用される可能性がある。ICEは、磁気音響サイクロトロン不安定性の下で集団的に緩和する、空間的に局在した、強く非マクスウェル的な少数の高エネルギーイオン集団によって駆動される。ICEのスペクトルピークは、典型的には、高エネルギーイオンのサイクロトロン周波数の整数高調波の位置、その近傍、または整数高調波によって隔てられた間隔で観測される。ここでは、初めて、DTプラズマからのシミュレーションICEスペクトルがトリチウム濃度によってどのように変化するかを研究し、観測されたJET DT ICEスペクトルと比較する。我々は、運動論的粒子インセルコードEPOCHを用いたシミュレーションに、熱的重水素と核融合生成アルファ粒子の高エネルギー少数集団に加えて、熱的トリトン集団を組み込む。このコードは、これまでに、数千万のシミュレーション粒子の自己無撞着なジャイロ分解集団マクスウェル-ローレンツ力学の観点からICE観測を解釈するために広く使用されてきた。我々のシミュレーションパラメータは、11%のトリチウムを含むJET DTプラズマ26 148のICEを生成する外側中平面周辺領域に関連する。トリチウム濃度に対するシミュレーションICEパワースペクトルの変化を定量化すると、11%のトリチウム濃度を用いた我々のシミュレーションが、このプラズマから観測されたICEスペクトルを最も正確に再現することが明らかになる。この結果は、2つの熱イオン種を含む核融合プラズマ、特に将来のDTプラズマへのICEの診断応用にとって有望である。