Studies of future aneutronic fusion plasmas, such as those comprising deuterium and helium-3 (D– ), may not be able to exploit neutron-based diagnostics for direct measurement of fusion reactivity. A potential alternative diagnostic is ion cyclotron emission (ICE), which is driven by strongly non-Maxwellian energetic ion populations collectively relaxing under the magnetoacoustic cyclotron instability. ICE already provides a diagnostic of fusion physics in magnetically confined deuterium and deuterium–tritium plasmas. Here we focus on the distinctive fast fusion-born 14.68 MeV protons in D– plasma. We carry out kinetic simulations of ICE spectra using a particle-in-cell code, which self-consistently solves the Maxwell and Lorentz equations for tens of millions of interacting simulation particles. Motivated by recent observations of ICE from trace fusion-born 3 MeV proton populations in KSTAR and LHD, we adopt scenarios where the 14.68 MeV protons are distributed in velocity space as a drifting ring-beam with , and the rest of their kinetic energy is directed parallel to the magnetic field. Plasma and magnetic field parameters are similar to those at the outer mid-plane of JET. Spatiotemporal Fourier transforms of the excited magnetic field exhibit strong tilting of successive cyclotron harmonic features in space, due to the Doppler shift arising from the large parallel velocities of these protons. We show that it is possible to correct for these Doppler shifts by performing slanted integrations along Doppler-shifted isofrequency lines, yielding simulated ICE power spectra which have strong spectral peaks at Doppler-shifted proton cyclotron harmonics. Our results show that future experimental studies of ICE from D– plasmas would greatly benefit from higher wavevector resolution, and that ICE from future aneutronic D– plasmas could play a useful role as a diagnostic of fusion reactivity and of fusion-born ion populations.
将来の非中性子核融合プラズマ、例えば重水素とヘリウム3（D– ）からなるプラズマの研究では、核融合反応率の直接測定のための中性子ベースの診断法を利用できない可能性がある。代替の診断法として考えられるのが、イオンサイクロトロン放射（ICE）であり、これは強い非マクスウェル的な高エネルギーイオン集団が磁気音響サイクロトロン不安定性の下で集団的に緩和することによって駆動される。ICEはすでに、磁気閉じ込めされた重水素および重水素–トリチウムプラズマにおける核融合物理の診断法を提供している。ここでは、D– プラズマにおける特徴的な高速の融合生成14.68 MeV陽子に着目する。我々は、数千万の相互作用するシミュレーション粒子についてマクスウェル方程式とローレンツ方程式を自己無撞着に解くパーティクル・イン・セルコードを用いて、ICEスペクトルの運動論的シミュレーションを実行する。KSTARおよびLHDにおける微量の融合生成3 MeV陽子集団からのICEの最近の観測に動機づけられて、我々は、14.68 MeV陽子が速度空間においてドリフトリングビーム（with ,）として分布し、残りの運動エネルギーが磁場に平行な方向へ向けられているシナリオを採用する。プラズマおよび磁場パラメータは、JETの外側中平面におけるものと類似している。励起された磁場の時空間フーリエ変換は、これらの陽子の大きな平行速度から生じるドップラーシフトにより、 空間における連続するサイクロトロン高調波特徴の強い傾斜を示す。これらのドップラーシフトは、ドップラーシフトされた等周波数線に沿った傾斜積分を行うことで補正可能であることを示し、それにより、ドップラーシフトされた陽子サイクロトロン高調波に強いスペクトルピークを持つシミュレーションICEパワースペクトルが得られる。我々の結果は、D– プラズマからのICEの将来の実験研究がより高い波数分解能から大きく利益を得るであろうこと、そして将来の非中性子D– プラズマからのICEが、核融合反応率および融合生成イオン集団の診断として有用な役割を果たし得ることを示している。