The classical problem of neutral beam ions slowing down in a magnetic mirror geometry is revisited to provide predictive capability for the new Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror under development at the University of Wisconsin. A Fokker–Planck model named fast beam ion solver (FBIS) is developed to include the spatial non-uniformity of a physical mirror geometry. The mathematical framework allows for efficient orbit averaging of the pitch-angle scattering operator, and permits a determination of the axial profile of the ambipolar potential confining the electrons. The numerical results from FBIS are consistent with earlier work, but further show how mirror-ratio and a near square magnetic well optimizes the fusion gain. The numerical results are also applied to inform the conceptual design of WHAM++, a low capital-cost breakeven-class magnetic mirror device.
磁鏡幾何学における中性ビームイオンの減速という古典的な問題を再検討し、ウィスコンシン大学で開発中の新型ウィスコンシン高磁場軸対称磁鏡装置の予測能力を提供する。非一様な物理的磁鏡幾何学を考慮するため、高速ビームイオンソルバー（FBIS）と名付けられたフォッカー・プランクモデルを開発した。この数学的枠組みにより、ピッチ角散乱演算子の効率的な軌道平均が可能となり、電子を閉じ込める両極性電位の軸方向分布の決定が可能となる。FBISによる数値計算結果は先行研究と一致し、さらに磁鏡比と準矩形磁気井戸が核融合利得を最適化することを示している。また、この数値結果は、低資本コストでブレークイーブン級の磁鏡装置であるWHAM++の概念設計にも応用されている。