Fast ion physics is an active field of research in the fusion community, but most studies focus on deuterium fast ions. The generation and investigation of energetic helium in present devices, however, provide significantly more insight on how the fast alpha particles produced from fusion reactions, will behave in future reactor plasmas. Fast helium ion populations can be measured with charge exchange recombination spectroscopy (CXRS) in the wings of the helium spectral line (He IIn = 4–3, 468.6 nm) providing information on their distribution function. CXRS measurements of energetic 3He ions, a first for ASDEX Upgrade, are presented. The 3He ions are accelerated to high energies by a three-ion cyclotron resonance frequency (ICRF) heating scenario in a mixed hydrogen–deuterium plasma. The spectral signature of the energetic helium ions in the charge exchange spectra is presented and compared with the theoretical predictions obtained with the TORIC-SSFPQL code. The magnitude of the predicted charge exchange spectral radiance, obtained via forward-modelling of the spectrum utilising TORIC-SSFPQL distribution functions, and the expected energies of the ions agree well with the measurement, confirming that the spectral feature is due to ICRF-accelerated 3He ions. Comparisons between the experimental measurement and the modelling reveal discrepancies that illuminate details of the velocity distribution function of these ions.
高速イオン物理は核融合コミュニティにおいて活発な研究分野であるが、ほとんどの研究は重水素高速イオンに焦点を当てている。しかしながら、現在の装置における高エネルギー・ヘリウムの生成と調査は、核融合反応から生成される高速アルファ粒子が将来の炉心プラズマにおいてどのように振る舞うかについて、はるかに多くの知見を提供する。高速ヘリウムイオン集団は、ヘリウム線 (He II n = 4–3, 468.6 nm) の翼において荷電交換再結合分光法 (CXRS) を用いて測定することができ、それらの分布関数に関する情報を提供する。ASDEX Upgrade にとって初めてとなる、高エネルギー3HeイオンのCXRS測定が提示される。3Heイオンは、水素-重水素混合プラズマにおける3イオン・サイクロトロン共鳴周波数 (ICRF) 加熱シナリオによって高エネルギーまで加速される。荷電交換スペクトルにおける高エネルギー・ヘリウムイオンのスペクトル特徴が提示され、TORIC-SSFPQL コードを用いて得られた理論予測と比較される。TORIC-SSFPQL 分布関数を利用したスペクトルのフォワードモデリングによって得られた予測荷電交換スペクトル放射輝度の大きさと、イオンの期待エネルギーは測定値とよく一致し、スペクトル特徴が ICRF 加速された3Heイオンによるものであることを確認している。実験測定とモデリングの比較は、これらのイオンの速度分布関数の詳細を解明する不一致を明らかにする。