In order to better understand the behaviour of both neutral beam injected and spontaneously generated fast ions in the Madison Symmetric Torus reversed-field pinch, we have developed the full orbit-following code random ion orbits (RIO). The low magnetic field and relatively large level of MHD activity present in MST require a full orbit code as the guiding centre assumptions are violated even for ions with modest energy. Furthermore, quasi-periodic bursts of MHD activity (sawteeth) generate large transient electric fields and significant modifications to the equilibrium magnetic fields. Understanding the full effect of these sawteeth on the spatial and velocity distribution of the fast ions is of great interest. To this end, RIO now has the ability to take the full 3D, time evolving, magnetic and electric fields produced by the visco-resistive MHD code DEBS as input. In static cases, where broad-spectrum magnetic perturbations from DEBS are input, but fixed in time, beam injected ions are found to be generally well confined with the core fast ion density profile largely unaffected by the magnetic modes while the fast ion density in the mid-radius is substantially reduced. In the dynamic case, the large amplitude magnetic fluctuations that occur at the sawtooth crash produce substantial fast ion loss. Those fast ions that are not lost are accelerated by a large, transient, parallel electric field in the co-current direction. This causes the average energy of the beam ions to increase by ∼20%, consistent with recent experimental measurements.
マディソン対称トーラス逆転磁場配位における、中性粒子ビーム入射および自然発生した高速イオンの挙動をより深く理解するために、我々は完全軌道追跡コードrandom ion orbits (RIO)を開発した。MSTに存在する低磁場と比較的大きなMHD活動レベルは、中程度のエネルギーしか持たないイオンであっても案内中心近似が破綻するため、完全軌道コードを必要とする。さらに、準周期的なMHD活動のバースト（鋸歯状振動）は、大きな過渡電場と平衡磁場への有意な変形を引き起こす。これらの鋸歯状振動が高速イオンの空間分布および速度分布に与える完全な影響を理解することは非常に重要である。この目的のため、RIOは現在、粘性抵抗性MHDコードDEBSによって生成された完全な3次元の時間発展する磁場および電場を入力として取ることができる。DEBSからの広帯域磁場摂動が入力されるが時間的に固定される静的ケースでは、ビーム入射イオンは概ね良く閉じ込められ、コアの高速イオン密度分布は磁気モードの影響をほとんど受けない一方、中間半径での高速イオン密度は大幅に減少することが分かった。動的ケースでは、鋸歯状振動のクラッシュ時に発生する大振幅の磁場揺らぎが、実質的な高速イオン損失を生み出す。失われなかった高速イオンは、コヒーレント方向の大きな過渡的な平行電場によって加速される。これにより、ビームイオンの平均エネルギーは約20%増加し、これは最近の実験的測定結果と一致する。