During edge localised mode (ELM) crashes in KSTAR deuterium plasmas, bursts of spectrally structured ion cyclotron emission (ICE) are detected. Usually the ICE spectrum chirps downwards during an ELM crash, on sub-microsecond timescales. For KSTAR ICE where the separation of spectral peak frequencies is close to the proton cyclotron frequency at the outer plasma edge, we show that the driving population of energetic ions is likely to be a subset of the 3 MeV fusion protons, born centrally on deeply passing orbits which drift from the core to the edge plasma. We report first principles modelling of this scenario using a particle-in-cell code, which evolves the full orbit dynamics of large numbers of energetic protons, thermal deuterons, and electrons self-consistently with the electric and magnetic fields. The Fourier transform of the excited fields in the nonlinear saturated regime of the simulations is the theoretical counterpart to the measured ICE spectra. Multiple simulation runs for different, adjacent, values of the plasma density under KSTAR edge conditions enable us to infer the theoretical dependence of ICE spectral structure on the local electron number density. By matching this density dependence to the observed time-dependence of chirping ICE spectra in KSTAR, we obtain sub-microsecond time resolution of the evolving local electron number density during the ELM crash.
周辺局在モード（ELM）崩壊中のKSTAR重水素プラズマにおいて、スペクトル構造を持つイオンサイクロトロン放射（ICE）のバーストが検出される。通常、ICEスペクトルはELM崩壊中にサブマイクロ秒の時間スケールで下方へチャープする。外側プラズマ端での陽子サイクロトロン周波数にスペクトルピーク周波数の間隔が近いKSTAR ICEについては、駆動源となる高エネルギーイオン集団は、深い捕捉軌道上に中央部で生成され、コアから端部プラズマへとドリフトする3 MeV核融合陽子の一部である可能性が高いことを示す。我々は、多数の高エネルギー陽子、熱化重陽子、電子の完全な軌道ダイナミクスを電場・磁場と自己無撞着に発展させるパーティクルインセルコードを用いた、このシナリオの第一原理モデリングを報告する。シミュレーションの非線形飽和領域における励起された場のフーリエ変換は、測定されたICEスペクトルに対応する理論的対応物である。KSTAR端部条件下でプラズマ密度の異なる隣接値を用いた複数のシミュレーション実行により、局所電子数密度に対するICEスペクトル構造の理論的依存性を推論することができる。この密度依存性をKSTARにおけるチャープするICEスペクトルの観測された時間依存性と照合することにより、ELM崩壊中に進化する局所電子数密度のサブマイクロ秒時間分解能を得る。