The injection of energetic neutral particles into the plasma of magnetic confinement fusion reactors is a widely-accepted method for heating such plasmas; various types of neutral beam are also used for diagnostic purposes. Accurate atomic data are required to properly model beam penetration into the plasma and to interpret photoemission spectra from both the beam particles themselves (e.g. beam emission spectroscopy) and from plasma impurities with which they interact (e.g. charge exchange recombination spectroscopy). This paper reviews and compares theoretical methods for calculating ionization, excitation and charge exchange cross sections applied to several important processes relevant to neutral hydrogen beams, including H + Be4+ and H + H+. In particular, a new cross section for the proton-impact ionization of H (1s) is recommended which is significantly larger than that previously accepted at fusion-relevant energies. Coefficients for an empirical fit function to this cross section and to that of the first excited states of H are provided and uncertainties estimated. The propagation of uncertainties in this cross section in modeling codes under JET-like conditions has been studied and the newly-recommended values determined to have a significant effect on the predicted beam attenuation. In addition to accurate calculations of collisional atomic data, the use of these data in codes modeling beam penetration and photoemission for fusion-relevant plasma density and temperature profiles is discussed. In particular, the discrepancies in the modeling of impurities are reported. The present paper originates from a Coordinated Research Project (CRP) on the topic of fundamental atomic data for neutral beam modeling that the International Atomic Energy Agency (IAEA) ran from 2017 to 2022; this project brought together ten research groups in the fields of fusion plasma modeling and collisional cross section calculations. Data calculated during the CRP is summarized in an appendix and is available online in the IAEA's atomic database, CollisionDB.
磁場閉じ込め核融合プラズマへの高エネルギー中性粒子ビームの入射は、そのようなプラズマを加熱するための広く受け入れられた方法であり、様々なタイプの中性ビームは診断目的にも使用されている。プラズマへのビームの浸透を適切にモデル化し、ビーム粒子自体（例えばビーム放射分光法）およびビームが相互作用するプラズマ不純物（例えば電荷交換再結合分光法）の両方からの発光スペクトルを解釈するためには、正確な原子データが必要である。本論文では、水素ビームH + Be4+およびH + H+を含む、中性水素ビームに関連するいくつかの重要な過程に適用される、電離、励起、および電荷交換断面積を計算するための理論的手法をレビューし、比較する。特に、陽子によるH（1s）の電離断面積について新しい推奨値が提示され、これは核融合関連エネルギーにおいて従来受け入れられていた値よりも有意に大きい。この断面積およびHの第一励起状態への断面積に対する経験的フィッティング関数の係数が提供され、不確実性が推定されている。JET様条件下でのモデリングコードにおけるこの断面積の不確実性の伝播が研究され、新しく推奨された値が予測されるビーム減衰に有意な影響を与えることが確認された。衝突原子データの正確な計算に加えて、核融合関連のプラズマ密度および温度プロファイルに対するビーム浸透と発光スペクトルのモデリングコードにおけるこれらのデータの使用についても議論する。特に、不純物のモデリングにおける不一致について報告する。本論文は、2017年から2022年にかけて国際原子力機関（IAEA）が実施した、中性ビームモデリングのための基礎原子データに関する調整研究プロジェクト（CRP）に由来する。このプロジェクトには、核融合プラズマモデリングと衝突断面積計算の分野から10の研究グループが参加した。CRP中に計算されたデータは付録にまとめられており、IAEAの原子データベースであるCollisionDBからオンラインで入手可能である。