The electrostatic potential generated by neutral-beam-injection (NBI) heating in a tokamak plasma is investigated using numerical simulations. The density distribution of the NBI fast ions in an assumed tokamak is evaluated using the GNET drift-kinetic-equation solver which is based on the Monte Carlo method. The electrostatic potential is evaluated assuming an adiabatic response of the electrons to the fast-ion density distribution in the plasma. It is found that an electrostatic potential peak is generated near the beam-injection point owing to the trapped fast ions satisfying the zero-precession condition. An analytic model expressing the expected potential except for the peak is derived and shows a good agreement with the radial distribution and linear dependence on the electron temperature predicted by the simulation within a factor of 1–2. The existence of three-dimensional electrostatic trapping may break the poloidally-closed particle orbits, and may change the spatial distribution and transport of high-Z impurity ions.
トカマクプラズマにおける中性粒子ビーム入射（NBI）加熱によって生成される静電ポテンシャルを、数値シミュレーションを用いて調べた。仮定したトカマクにおけるNBI高速イオンの密度分布は、モンテカルロ法に基づくGNETドリフト運動論方程式ソルバーを用いて評価した。静電ポテンシャルは、プラズマ中の高速イオン密度分布に対する電子の断熱応答を仮定して評価した。ゼロ歳差条件を満たす捕捉高速イオンにより、ビーム入射点近傍に静電ポテンシャルのピークが生成されることが見出された。ピークを除いた期待されるポテンシャルを表す解析モデルを導出し、シミュレーションによって予測される動径分布および電子温度への線形依存性と、1〜2倍の範囲内で良好に一致することを示した。三次元静電捕捉の存在は、ポロイダル方向に閉じた粒子軌道を破壊し、高Z不純物イオンの空間分布と輸送を変化させる可能性がある。