The sawtooth instability is known for inducing transport and loss of energetic particles (EPs), and for generating seed magnetic islands that can trigger tearing modes. Both effects degrade the overall plasma performance. Several theories and numerical models have been previously developed to quantify the expected EP transport caused by sawteeth, with various degrees of sophistication to differentiate the response of EPs at different energies and on different orbits (e.g. passing vs. trapped), although the analysis is frequently limited to a single time slice during a tokamak discharge. This work describes the development and initial benchmark of a framework that enables a reduced model for EP transport by sawteeth retaining the full EP phase-space information. The model, implemented in the ORBIT hamiltonian particle-following code, can be used either as a standalone post-processor taking input data from codes such as TRANSP, or as a pre-processor to compute transport coefficients that can be fed back to TRANSP for time-dependent simulations including the effects of sawteeth on EPs. The advantage of the latter approach is that the evolution of the EP distribution can be simulated quantitatively for sawtoothing discharges, thus enabling a more accurate modeling of sources, sinks and overall transport properties of EP and thermal plasma species for comprehensive physics studies that require detailed information of the fast-ion distribution function and its evolution over time.
鋸歯状不安定性は、高エネルギー粒子（EP）の輸送と損失を誘起し、またテアリングモードを誘発し得る種磁気島を生成することが知られている。これらの効果はどちらもプラズマ全体の性能を低下させる。鋸歯状振動によって引き起こされるEP輸送を定量化するために、これまでにいくつかの理論モデルおよび数値モデルが開発されており、異なるエネルギーおよび異なる軌道（例えば、通過軌道と捕捉軌道）におけるEPの応答を区別するために様々な程度の洗練度が導入されているが、その解析はトカマク放電中の単一の時間スライスに限定されることが多い。本研究では、EPの完全な位相空間情報を保持したまま鋸歯状振動によるEP輸送の低次元モデルを可能にする枠組みの構築と初期ベンチマークについて述べる。このモデルは、ORBITハミルトニアン粒子追跡コードに実装されており、TRANSPなどのコードからの入力データを処理するスタンドアロンの後処理ツールとして使用することもできるし、あるいは、鋸歯状振動がEPに及ぼす影響を含む時間依存シミュレーションのためにTRANSPにフィードバックできる輸送係数を計算する前処理ツールとして使用することもできる。後者のアプローチの利点は、鋸歯状振動を伴う放電に対してEP分布の時間発展を定量的にシミュレートできることであり、これにより、詳細な高速イオン分布関数とその時間発展を必要とする包括的な物理研究において、ソース、シンク、およびEP・熱プラズマ種の全体的な輸送特性をより正確にモデル化することが可能になる。