In order to account for the effect of field perturbations on the transport of fast ions in integrated codes used for the simulation of operational scenarios, it is crucial to develop computationally efficient reduced transport models. Such modeling efforts may greatly benefit from a simple method that determines the width of the island-like structures, which are produced by resonant perturbations in the phase space of the fast ion guiding centers and are known to play a key role for fast ion transport enhancement. In this paper, we present a method for estimating the widths of such 'orbit islands' for passing particles in the presence of static magnetic perturbations. The method consists of mapping the boundaries of magnetic islands from magnetic flux space () into the canonical angular momentum space () of the fast ions. As a working example, we consider co-passing neutral beam (NB) ions subject to a resonant magnetic perturbation (RMP) in a KSTAR tokamak plasma. The estimated orbit island width deviates by less than 25% from the value obtained from Poincaré plots of the actual guiding center trajectories, even when the magnetic drifts are large (here, up to 50% of the minor radius). Our analysis also shows that most of the fast ion transport can be attributed to the effect of isolated islands, which means that stochastization of particle trajectories due to resonance overlaps does not play a major role in the case studied here. The island mapping method proposed here eliminates the need to compute and analyze Poincaré maps of particle trajectories, so that computation times can be reduced tremendously by several orders of magnitude. A further speed-up may be achieved by the development of a method for estimating the width of magnetic islands under realistic conditions.
運用シナリオのシミュレーションに用いられる統合コードにおいて、高速イオンの輸送に対する磁場摂動の影響を考慮するためには、計算効率の高い低次元輸送モデルを開発することが極めて重要である。このようなモデリングの取り組みは、共鳴摂動によって高速イオンのガイドセンターの位相空間内に生成され、高速イオンの輸送増大に重要な役割を果たすことが知られている島状構造の幅を決定する簡便な方法から大きな恩恵を受ける可能性がある。本論文では、静的磁場摂動の存在下における通過粒子のこのような「軌道島」の幅を推定する方法を提示する。この方法は、磁気島の境界を磁束空間（）から高速イオンの正準角運動量空間（）へ写像することから成る。具体例として、KSTARトカマクプラズマにおいて共鳴磁場摂動（RMP）を受ける共通過中性粒子ビーム（NB）イオンを考察する。推定された軌道島幅は、磁気ドリフトが大きい場合（ここでは小半径の最大50%）でも、実際のガイドセンター軌道のポアンカレプロットから得られる値との偏差が25%未満である。また、我々の解析は、高速イオンの輸送の大部分が孤立した島の効果に起因することを示しており、これは共鳴の重なりによる粒子軌道のストカスティック化がここで研究したケースでは主要な役割を果たさないことを意味する。ここで提案する島写像法は、粒子軌道のポアンカレ写像の計算と解析の必要性を排除するため、計算時間を数桁にわたって大幅に短縮することができる。さらに高速化は、現実的な条件下での磁気島幅を推定する方法の開発によって達成される可能性がある。