Observations made in a JET experiment aimed at accelerating deuterons to the MeV range by third harmonic radio-frequency (RF) heating coupled into a deuterium beam are reported. Measurements are based on a set of advanced neutron and gamma-ray spectrometers that, for the first time, observe the plasma simultaneously along vertical and oblique lines of sight. Parameters of the fast ion energy distribution, such as the high energy cut-off of the deuteron distribution function and the RF coupling constant, are determined from data within a uniform analysis framework for neutron and gamma-ray spectroscopy based on a one-dimensional model and by a consistency check among the individual measurement techniques. A systematic difference is seen between the two lines of sight and is interpreted to originate from the sensitivity of the oblique detectors to the pitch-angle structure of the distribution around the resonance, which is not correctly portrayed within the adopted one dimensional model. A framework to calculate neutron and gamma-ray emission from a spatially resolved, two-dimensional deuteron distribution specified by energy/pitch is thus developed and used for a first comparison with predictions from ab initio models of RF heating at multiple harmonics.The results presented in this paper are of relevance for the development of advanced diagnostic techniques for MeV range ions in high performance fusion plasmas, with applications to the experimental validation of RF heating codes and, more generally, to studies of the energy distribution of ions in the MeV range in high performance deuterium and deuterium-tritium plasmas.
JET実験において、重水素ビームに結合された第三高調波高周波加熱により重水素をMeV領域へ加速することを目的とした観測結果が報告されている。測定は、高度な中性子およびガンマ線スペクトロメータのセットに基づいており、これらは初めて、垂直および斜めの視線に沿って同時にプラズマを観測するものである。高速イオンエネルギー分布のパラメータ、例えば重水素分布関数の高エネルギーカットオフやRF結合定数は、一次元モデルに基づく中性子およびガンマ線分光のための統一された解析枠組み内でデータから決定され、個々の測定手法間の整合性チェックによって検証される。二つの視線の間には系統的な差異が見られ、これは斜め検出器が共鳴周辺の分布のピッチ角構造に対して感度を有することに起因すると解釈され、その構造は採用された一次元モデルでは正確に表現されていない。そこで、エネルギー/ピッチ角で指定された空間分解された二次元重水素分布から中性子およびガンマ線放出を計算する枠組みが開発され、高調波RF加熱のab initioモデルからの予測との最初の比較に使用された。本論文で提示された結果は、高性能核融合プラズマ中のMeV領域イオンに対する先進的な診断技術の開発に関連しており、RF加熱コードの実験的検証や、より一般的には高性能重水素および重水素-トリチウムプラズマにおけるMeV領域イオンのエネルギー分布の研究への応用が期待される。