A new f method is presented in detail to solve the drift kinetic equation for the simulation study of neoclassical transport. It is demonstrated that valid results essentially rely on the correct evaluation of the marker density g in the weight calculation. A new weighting scheme is developed without assuming g in the weight equation for advancing particle weights, unlike previous schemes. This scheme employs an additional weight function to directly solve g from its kinetic equation based on the f method itself. Therefore, the severe constraint that the real marker distribution must be consistent with the initially assumed g is relaxed. An improved like-particle collision scheme is also presented. By compensating for momentum, energy and particle losses, the conservations of all three quantities are greatly improved during collisions. With the improvement in both the like-particle collision scheme and the weighting scheme, the f simulation shows a significantly improved performance. The new f method is applied to the study of ion neoclassical transports due to self-collisions, taking the effect of finite orbit width into account. The ion thermal transport near the magnetic axis is shown to be greatly reduced from its conventional neoclassical level, like that of previous f simulations. On the other hand, the direct particle loss from the confinement region may strongly increase the ion thermal transport near the edge. It is found that the ion parallel flow near the axis is also largely reduced due to non-standard orbit topology.
新規のf法を詳細に提示し、新古典輸送のシミュレーション研究のためのドリフト運動論方程式を解く。重み計算におけるマーカー密度gの正確な評価が本質的に有効な結果をもたらすことが実証される。従来のスキームとは異なり、粒子重みを進めるための重み方程式においてgを仮定することなく、新たな重み付けスキームが開発される。このスキームは、f法自体に基づく運動論方程式からgを直接解くために、追加の重み関数を採用する。したがって、実際のマーカー分布が初期に仮定された分布と一致しなければならないという厳しい制約が緩和される。また、改良された同種粒子衝突スキームも提示される。運動量、エネルギー、粒子の損失を補償することにより、衝突中のこれら三つの量の保存が大幅に改善される。同種粒子衝突スキームと重み付けスキームの両方の改良により、f法シミュレーションは顕著に向上した性能を示す。新規のf法は、有限軌道幅効果を考慮した上で、自己衝突によるイオン新古典輸送の研究に適用される。磁気軸近傍でのイオン熱輸送は、従来の新古典レベルから大幅に低減されることが示され、これは従来のf法シミュレーションの結果と一致する。一方、閉じ込め領域からの直接粒子損失は、周辺部でのイオン熱輸送を強く増大させる可能性がある。また、非標準的な軌道トポロジーにより、磁気軸近傍でのイオン平行流も大幅に低減されることが見出される。