This work presents an upgrade of the FIT3D neutral beam–plasma interaction code, part of TASK3D, a transport suite of codes, and its application to LHD experiments in the framework of the preparation for the first deuterium experiments in the LHD. The neutral beam injector (NBI) system will be upgraded to D injection, and efforts have been recently made to extend LHD modelling capabilities to D operations. The implemented upgrades for FIT3D to enable D NBI modelling in D plasmas are presented, with a discussion and benchmark of the models used. In particular, the beam ionization module has been modified and a routine for neutron production estimation has been implemented. The upgraded code is then used to evaluate the NBI power deposition in experiments with different plasma compositions. In the recent LHD campaign, in fact, He experiments have been run to help the prediction of main effects which may be relevant in future LHD D plasmas. Identical H/He experiments showed similar electron density and temperature profiles, while a higher ion temperature with an He majority has been observed. From first applications of the upgraded FIT3D code it turns out that, although more NB power appears to be coupled with the He plasma, the NBI power deposition is unaffected, suggesting that heat deposition does not play a key role in the increased ion temperature with He plasma.
本論文は、輸送コード群TASK3Dの一部である中性粒子ビーム–プラズマ相互作用コードFIT3Dのアップグレードと、LHDにおける重水素実験開始に向けた準備としての適用について報告する。LHDでは、中性粒子ビーム入射（NBI）システムが重水素入射へとアップグレードされる予定であり、それに対応するため、FIT3Dコードを重水素NBIのモデリングが可能なように拡張した。具体的には、ビームイオン化モジュールの改良と、核融合反応による中性子生成率を計算するルーチンの新規実装を行った。アップグレードされたコードを用いて、異なるプラズマ組成（水素およびヘリウム）におけるNBIパワー吸収とビームイオン分布を評価した。その結果、ヘリウムプラズマでは水素プラズマと比較して、電子密度・温度分布は類似しているものの、イオン温度が高くなることが観測された。コード計算により、このイオン温度の上昇は、NBIパワー吸収の増加によるものではなく、プラズマ組成の違いによる加熱特性の変化に起因することが示唆された。