In this work, energetic-ion confinement and loss due to energetic-ion driven magnetohydrodynamic modes are studied using comprehensive neutron diagnostics and orbit-following numerical simulations for the Large Helical Device (LHD). The neutron flux monitor is employed in order to obtain global confinement of energetic ions and two installed vertical neutron cameras (VNCs) viewing different poloidal cross-sections are utilized in order to measure the radial profile of energetic ions. A strong helically-trapped energetic-ion-driven resistive interchange mode (EIC) excited in relatively low-density plasma terminated high-temperature state in LHD. Changes in the neutron emission profile due to the EIC excitation are clearly visualized by the VNCs. The reduction in the neutron signal for the helical ripple valley increases with EIC amplitude, which reaches approximately 50%. In addition to the EIC experiment, orbit-following simulations using the DELTA5D code with EIC fluctuations were performed to assess the energetic-ion transport and loss. Two-dimensional temporal evolution results show that the neutron emissivity at the helical ripple decreases significantly due to the EIC. The rapid reduction in neutron emissivity shows that the helically-trapped beam ions immediately escape from the plasma. The reduction in the VNC signals for the helical ripple valley and the total neutron emission rate increase with increasing EIC amplitude, as observed in the experiment. Calculated line-integrated neutron emission results show that the profile measured by VNC1 has one peak, whereas the profile measured by VNC2 has two peaks, as observed in the experiment. Although the neutron emission profile for VNC2 has a relatively wide peak compared with the experimental results, the significant decrease in neutron signal corresponding to the helical ripple valley was successfully reproduced.
本論文では、大型ヘリカル装置（LHD）における高エネルギーイオン駆動型MHDモードによる高エネルギーイオンの閉じ込めと損失を、包括的な中性子診断と軌道追跡シミュレーションを用いて研究した。中性子フラックスモニタは高エネルギーイオンの全体閉じ込めを取得するために用いられ、異なるポロイダル断面を観測する2台の鉛直中性子カメラ（VNC）は高エネルギーイオンの径方向プロファイルを測定するために利用された。比較的低密度プラズマにおいて励起された強いヘリカルトラップ高エネルギーイオン駆動型抵抗性交換モード（EIC）が、LHDにおける高温状態を終了させた。EIC励起による中性子放出プロファイルの変化は、VNCによって明確に可視化された。ヘリカルリップル谷における中性子信号の減少はEIC振幅とともに増大し、その大きさは約50%に達した。EIC実験に加えて、EIC揺動を考慮したDELTA5Dコードを用いた軌道追跡シミュレーションを実施し、高エネルギーイオンの輸送と損失を評価した。2次元時間発展の結果は、EICによりヘリカルリップル谷の中性子 emissivity が顕著に減少することを示した。中性子 emissivity の急速な減少は、ヘリカルトラップされたビームイオンがプラズマから即座に損失することを示している。VNCのヘリカルリップル谷における信号減少と全中性子放出率は、実験で観測されたようにEIC振幅とともに増大した。計算された線積分中性子放出結果は、VNC1で測定されたプロファイルが1つのピークを持つ一方、VNC2で測定されたプロファイルが2つのピークを持つことを示し、これは実験で観測された結果と一致した。VNC2の中性子放出プロファイルは実験結果と比較して比較的広いピークを持つものの、ヘリカルリップル谷に対応する中性子信号の顕著な減少は首尾よく再現された。