Improved understanding of the dynamics of runaway electrons can be obtained by measurement and interpretation of their synchrotron radiation emission. Models for synchrotron radiation emitted by relativistic electrons are well established, but the question of how various geometric effects—such as magnetic field inhomogeneity and camera placement—influence the synchrotron measurements and their interpretation remains open. In this paper we address this issue by simulating synchrotron images and spectra using the new synthetic synchrotron diagnostic tool SOFT (Synchrotron-detecting Orbit Following Toolkit). We identify the key parameters influencing the synchrotron radiation spot and present scans in those parameters. Using a runaway electron distribution function obtained by Fokker–Planck simulations for parameters from an Alcator C-Mod discharge, we demonstrate that the corresponding synchrotron image is well-reproduced by SOFT simulations, and we explain how it can be understood in terms of the parameter scans. Geometric effects are shown to significantly influence the synchrotron spectrum, and we show that inherent inconsistencies in a simple emission model (i.e. not modeling detection) can lead to incorrect interpretation of the images.
逃走電子のダイナミクスの理解向上は、そのシンクロトロン放射の測定と解釈によって得ることができる。相対論的電子によって放出されるシンクロトロン放射のモデルは確立されているが、磁場の不均一性やカメラの配置などの様々な幾何学的効果がシンクロトロン測定とその解釈にどのように影響するかという問題は未解決のままである。本論文では、新しい合成シンクロトロン診断ツールSOFT（Synchrotron-detecting Orbit Following Toolkit）を用いてシンクロトロン画像とスペクトルをシミュレーションすることにより、この問題に取り組む。我々はシンクロトロン放射スポットに影響を与える主要パラメータを特定し、それらのパラメータにおけるスキャンを示す。Alcator C-Mod の放電からのパラメータに対するフォッカー・プランクシミュレーションによって得られた逃走電子分布関数を用いて、対応するシンクロトロン画像がSOFTシミュレーションによってよく再現されることを実証し、それがパラメータスキャンの観点からどのように理解できるかを説明する。幾何学的効果がシンクロトロンスペクトルに有意に影響することが示され、単純な放射モデル（すなわち検出をモデル化しない）における本質的な不整合が画像の誤った解釈につながり得ることを示す。