Tomographic reconstructions of a 3D fast-ion constants-of-motion phase-space distribution function are computed by inverting synthetic signals based on projected velocities of the fast ions along the diagnostic lines of sight. A spectrum of projected velocities is a key element of the spectrum formation in fast-ion D-alpha spectroscopy, collective Thomson scattering, and gamma-ray and neutron emission spectroscopy, and it can hence serve as a proxy for any of these. The fast-ion distribution functions are parameterised by three constants of motion, the kinetic energy, the magnetic moment and the toroidal canonical angular momentum. The reconstructions are computed using both zeroth-order and first-order Tikhonov regularisation expressed in terms of Bayesian inference to allow uncertainty quantification. In addition to this, a discontinuity appears to be present in the solution across the trapped-passing boundary surface in the three-dimensional phase space due to a singularity in the Jacobian of the transformation from position and velocity space to phase space. A method to allow for this apparent discontinuity while simultaneously penalising large gradients in the solution is demonstrated. Finally, we use our new methods to optimise the diagnostic performance of a set of six fans of sightlines by finding where the detectors contribute most complementary diagnostic information for the future COMPASS-Upgrade tokamak.
3次元の高速イオン運動定数位相空間分布関数のトモグラフィー再構成は、診断視線に沿った高速イオンの投影速度に基づく合成信号を逆変換することにより計算される。投影速度のスペクトルは、高速イオンDα分光法、集団トムソン散乱、ガンマ線および中性子放射分光法におけるスペクトル形成の主要素であり、したがってこれらのいずれかの代理として機能し得る。高速イオン分布関數は、三つの運動定数、すなわち運動エネルギー、磁気モーメント、およびトロイダル正準角運動量によってパラメータ化される。再構成は、不確実性定量化を可能にするためにベイズ推論の観点で表現された、ゼロ次および一次のチホノフ正則化の両方を用いて計算される。これに加えて、位置および速度空間から位相空間への変換のヤコビアンにおける特異性のために、3次元位相空間の閉じ込め-通過境界面を横切る解に不連続性が存在するように見える。この見かけ上の不連続性を許容しつつ、同時に解内の大きな勾配にペナルティを課す方法を実証する。最後に、我々は新たな手法を用いて、将来のCOMPASS-Upgradeトカマクのために、検出器が最も相補的な診断情報をもたらす場所を見いだすことにより、6つの視線ファンのセットの診断性能を最適化する。