Neutral beam injection in stellarators/heliotrons is studied with Monte Carlo codes that treat the initial beam deposition and the fast-ion thermalization process. The birth deposition model carefully treats the geometry of the vacuum vessel and includes beam divergence, focusing, and aperture losses. The thermalization process is determined by integrating the guiding centre equations of the fast ions and simulating collisions with the plasma by Monte Carlo collision operators. This process may include charge exchange and neutral reabsorption. For the purposes of this benchmark, we review the different formulations of the guiding centre equations and the Monte Carlo collision operators. We studied perpendicular injection into Heliotron-E, which is located at the Plasma Physics Laboratory at Kyoto University. The magnetic fields of Heliotron-E are computed using the Biot-Savart law with realistic filament models. The sensitivity of the computed heating efficiency to the modelling of the particle loss boundary and to the numerical procedures is examined. The results of three different codes were compared. When the codes solve the same problem, the answers agree quite well. However, changing some of the modelling assumptions (such as the loss boundary location) can create significant differences in the results.
ステラレータ/ヘリオトロンにおける中性粒子ビーム入射は、初期ビーム堆積と高速イオン熱化過程を扱うモンテカルロコードを用いて研究される。ビーム堆積モデルは真空容器の形状を精密に扱い、ビームの発散、集束、およびアパーチャ損失を含む。熱化過程は、高速イオンの案内中心方程式を積分し、モンテカルロ衝突演算子を用いてプラズマとの衝突をシミュレートすることによって決定される。この過程には、荷電交換および中性粒子再吸収が含まれ得る。このベンチマークの目的のために、我々は案内中心方程式とモンテカルロ衝突演算子の異なる定式化を検討する。我々は、京都大学プラズマ物理学研究所に位置するヘリオトロンEへの垂直入射を研究した。ヘリオトロンEの磁場は、現実的なフィラメントモデルを用いたビオ・サバールの法則によって計算される。計算された加熱効率の、粒子損失境界のモデル化および数値手法に対する感度が調べられる。3つの異なるコードの結果が比較された。コードが同一の問題を解く場合、結果はかなりよく一致する。しかしながら、モデル化の仮定（損失境界の位置など）を変更すると、結果に有意な差異が生じ得る。