In divertor tokamak plasmas with intense additional heating a large fraction of the power deposited at the target has been attributed to the collisionless losses of energetic ions from a region of about twice an ion poloidal Larmor radius inside the plasma boundary. These energetic ion losses can also strongly effect the formation of the radial electric field at the plasma edge, and may be responsible for the L to H transition. This paper presents the first systematic analysis of loss ion orbits at the tokamak edge. A particle following code has been developed to assess the detailed shape of the loss cone of escaping ions in velocity space, its transformation in the presence of a radial electric field, the shape of the loss orbits and the effect of the reversal of the toroidal magnetic field. The results obtained allow one to calculate the total amount of direct ion losses, which is expected to be substantially less than that estimated from the simplified assumptions used, because of the narrowness of the loss cone. The complex response of the ion loss cone to changes in radial electric field can potentially create a condition of instability (like the L to H transition) with rapid growth of the negative potential inside the plasma boundary. Numerical simulations have shown a relatively weak dependence of the energetic ion behaviour on the exact profile of the potential, suggesting that the resonant effects of the ion interaction with the magnetic field, expected from the theory of an idealized large aspect ratio tokamak (r/R<<1) and leading, for instance, to the effect of banana orbit squeezing, may not exist
ダイバータ・トカマクプラズマにおいて、強力な追加加熱を伴う場合、ターゲットに堆積する電力の大きな割合は、プラズマ境界の内側約2倍のイオン・ポロイダル・ラーマー半径の領域からの高エネルギーイオンの無衝突損失に起因するとされてきた。これらの高エネルギーイオン損失は、プラズマ端部における径方向電場の形成にも強く影響を及ぼし、L-H遷移の原因となり得る。本論文は、トカマク端部における損失イオン軌道の最初の系統的分析を提示する。速度空間における損失コーンの詳細な形状、径方向電場の存在下でのその変形、損失軌道の形状、およびトロイダル磁場反転の効果を評価するために、粒子追跡コードが開発された。得られた結果により、直接イオン損失の総量を計算することが可能となり、損失コーンの狭さのために、その総量は簡略化された仮定から推定される値よりも大幅に小さくなることが予想される。径方向電場の変化に対するイオン損失コーンの複雑な応答は、プラズマ境界内側での負電位の急速な成長を伴う不安定性（L-H遷移など）の状態を生み出し得る。数値シミュレーションは、高エネルギーイオンの挙動が電場の正確な分布形状に比較的弱く依存することを示しており、理想化された大アスペクト比トカマク（r/R<<1）の理論から予想され、例えばバナナ軌道の圧縮効果をもたらすとされる、イオンと磁場の共鳴的相互作用の効果は存在しない可能性があることを示唆している。