Spherical tokamaks are key to the successful design of operating scenarios of future fusion reactors in the areas of divertor physics, neutral beam current drive and fast ion physics. MAST Upgrade, which has successfully concluded its first experimental campaign, was specifically designed to address the role of the radial gradient of the fast ion distribution in driving the excitation of magneto-hydrodynamic (MHD) instabilities, such as toroidal Alfvén eigenmodes, fish-bones and long-lived mode, thanks to its two tangential neutral beam injection systems, one on the equatorial plane and one that is vertically shifted 65 cm above the equatorial plane. To study the fast ion dynamics in the presence of such instabilities, as well as of sawteeth and neo-classical tearing modes, several fast ion diagnostics were upgraded and new ones added. Among them, the MAST prototype neutron camera (NC) has been upgraded to six, equatorial sight-lines. The first observations of the confined fast ion behavior with the upgraded NC in a wide range of plasma scenarios characterized by on-axis and/or off-axis heating and different MHD instabilities are presented here. The observations presented in this study confirm previous results on MAST but with a higher level of detail and highlight new physics observations unique to the MAST Upgrade. The results presented here confirm the improved performance of the NC Upgrade, which thus becomes one of the key elements, in combination with the rich set of fast ion diagnostics available on the MAST Upgrade, for a more constrained modeling of the fast ion dynamics in fusion reactor relevant scenarios.
球状トカマクは、ダイバータ物理、中性粒子ビーム電流駆動、高速イオン物理の分野において、将来の核融合炉の運転シナリオを設計する上で鍵となる存在である。MASTアップグレードは、最初の実験キャンペーンを成功裏に完了したが、赤道面に設置された2つの接線方向中性粒子ビーム入射システム（1つは赤道面上、もう1つは赤道面から65 cm上方に垂直にずらして設置）により、トロイダル・アルフヴェン固有モード、フィッシュボーン、長寿命モードなどの磁気流体力学（MHD）不安定性の励起における高速イオン分布の動径勾配の役割を研究するために特別に設計されたものである。このような不安定性、ならびにセキュリティ・モードや新古典テアリングモードの存在下での高速イオン動力学を研究するため、複数の高速イオン診断装置がアップグレードされ、新たな装置も追加された。その中でも、MAST原型中性子カメラ（NC）は、6つの視線を備えた赤道面視診断装置へとアップグレードされた。本論文では、アップグレードされたNCを用いて、軸上および/または軸外加熱を特徴とする広範なプラズマシナリオと異なるMHD不安定性の条件下で得られた、閉じ込められた高速イオンの挙動に関する最初の観測結果を示す。本観測結果は、MASTにおける従来の結果をより高い詳細度で確認するものであり、MASTアップグレードに固有の新しい物理的知見を明らかにするものである。ここで示された結果は、NCアップグレードの性能向上を裏付けるものであり、これによりNCは、MASTアップグレードで利用可能な豊富な高速イオン診断装置群と組み合わせることで、核融合炉に関連するシナリオにおける高速イオン動力学のより拘束力の高いモデリングのための重要な要素の一つとなっている。