Understanding energetic particle transport due to magnetohydrodynamic instabilities excited by energetic particles is essential to apprehend alpha particle confinement in a fusion burning plasma. In the large helical device (LHD), beam ion and deuterium–deuterium fusion-born triton transport due to resistive interchange mode destabilized by helically-trapped energetic ions (EIC) are studied employing comprehensive neutron diagnostics, such as the neutron flux monitor and a newly developed scintillating fiber detector characterized by high detection efficiency. Beam ion transport due to EIC is studied in deuterium plasmas with full deuterium or hydrogen/deuterium beam injections. The total neutron emission rate (Sn) measurement indicates that EIC induces about a 6% loss of passing transit beam ions and a 60% loss of helically-trapped ions. The loss rate of helically-trapped ions, which drive EIC, is larger than the loss rate of passing transit beam ions. Furthermore, the drop of Sn increasing linearly with the EIC amplitude shows that barely confined beam ions existing near the confinement-loss boundary are lost due to EIC. In full deuterium conditions, a study of deuterium–deuterium fusion-born triton transport due to EIC is performed by time-resolved measurement of total secondary deuterium–tritium neutron emission rate (Sn_DT). Drop of Sn_DT increases substantially with EIC amplitude to the third power and reaches up to 30%. The relation shows that not only tritons confined in confined-loss boundary, but also tritons confined in the inner region of a plasma, are substantially transported.
高エネルギー粒子によって励起される磁気流体力学的不安定性による高エネルギー粒子輸送の理解は、核融合燃焼プラズマにおけるアルファ粒子閉じ込めを把握するために不可欠である。大型ヘリカル装置(LHD)において、らせん捕捉高エネルギーイオンによって不安定化される抵抗性交換モード(EIC)によるビームイオンおよび重水素–重水素核融合生成トリトンの輸送が、中性子フラックスモニターや高検出効率を特徴とする新たに開発されたシンチレーションファイバー検出器などの包括的な中性子計測を用いて研究されている。EICによるビームイオン輸送は、完全重水素または水素/重水素ビーム入射を伴う重水素プラズマにおいて研究されている。全中性子放出率(Sn)の測定は、EICが通過トランジットビームイオンの約6%の損失と、らせん捕捉イオンの60%の損失を引き起こすことを示している。EICを駆動するらせん捕捉イオンの損失率は、通過トランジットビームイオンの損失率よりも大きい。さらに、EIC振幅とともに線形に増加するSnの低下は、閉じ込め損失境界近傍に存在するわずかに閉じ込められたビームイオンがEICによって失われることを示している。完全重水素条件では、全二次重水素–トリチウム中性子放出率(Sn_DT)の時間分解測定により、EICによる重水素–重水素核融合生成トリトン輸送の研究が行われている。Sn_DTの低下はEIC振幅の3乗とともに大幅に増加し、最大30%に達する。この関係は、閉じ込め損失境界に閉じ込められたトリトンだけでなく、プラズマ内部領域に閉じ込められたトリトンも大幅に輸送されることを示している。