Dedicated experiments were performed on MAST Upgrade to study beam-ion losses caused by charge exchange (CX) with edge neutrals. The fuelling was switched from the high-field side to the low-field side mid-discharge. Direct measurements suggest a strong increase in the neutral density around the plasma and a decrease in the beam-ion density, which is qualitatively explained by CX losses. Measurements by a resistive bolometer have suggested particle bombardment during neutral beam injection, providing a unique opportunity to separate CX from other loss mechanisms. To verify and quantify CX losses, the orbit-following code ASCOT, which accounts both for CX neutralization and reionization, was used to simulate beam-particle power loads on the bolometer. Simulations reproduce measured bolometer power loads during high-field-side fuelling, verifying CX losses of approximately 10% of the off-axis beam power. Toroidally symmetric simulations overestimate power loads on the bolometer during low-field-side fuelling, which is explained by toroidal asymmetry in the neutral density distribution, as is demonstrated by toroidally asymmetric simulations. Results suggest significantly higher CX losses during low-field-side fuelling, up to about 50% of off-axis beam power.
専用の実験がMAST Upgradeで実施され、周辺中性粒子との電荷交換(CX)によるビームイオン損失を研究した。燃料供給は放電途中で高磁場側から低磁場側へ切り替えられた。直接測定により、プラズマ周辺の中性粒子密度の強い増加とビームイオン密度の減少が示唆され、これはCX損失によって定性的に説明される。抵抗型ボロメータによる測定は、中性粒子ビーム入射中の粒子衝撃を示唆しており、CXを他の損失機構から分離する独自の機会を提供している。CX損失を検証し定量化するために、CX中和と再電離の両方を考慮する軌道追跡コードASCOTを用いて、ボロメータへのビーム粒子電力負荷をシミュレーションした。シミュレーションは、高磁場側燃料供給中の測定されたボロメータ電力負荷を再現し、オフアクシスビームパワーの約10%のCX損失を検証する。トロイダル対称シミュレーションは、低磁場側燃料供給中のボロメータへの電力負荷を過大評価するが、これはトロイダル非対称シミュレーションによって実証されるように、中性粒子密度分布のトロイダル非対称性によって説明される。結果は、低磁場側燃料供給中にCX損失が有意に高く、オフアクシスビームパワーの最大約50%に達することを示唆している。