Deposition of electron cyclotron waves at high-power densities for heating and current drive in a tokamak plasma generates a population of fast electrons and therefore the velocity distribution of the electron population will deviate from a Maxwellian. Apart from the formation of a high energy tail, modifications to the low-energy part of the distribution function have also been observed. This may have consequences for electron temperature measurements by incoherent Thomson scattering, which usually assumes a Maxwellian distribution function to interpret the scattered light spectrum. In order to investigate and quantify such perturbations, a few typical cases of electron cyclotron heating (ECH) and current drive (ECCD) experiments on the Tokamak à Configuration Variable (TCV) have been analysed in detail. The experimental results from the TCV Thomson scattering system have been compared with simulated data assuming different velocity distribution functions. These were obtained either as results of numerical modelling, using the Fokker–Planck code CQL3D, or in the form of a model bi-Maxwellian distribution function based on information from electron cyclotron emission measurements. In some of the investigated cases the deviations from an ideal Maxwellian were significant and systematic errors in the Te measurements from Thomson scattering could be identified. In particular, for a case with an injected power of 1.35 MW for ECCD, the discrepancies in Te measurements based on different parts of the scattered light spectrum, i.e. different electron velocity classes, were found to be as large as 25–30%.The use of a bi-Maxwellian model distribution function with three free parameters has permitted us to identify the parameter range in which systematic errors exceed the experimental uncertainties of Thomson scattering measurements on TCV.
高電力密度でのトカマクプラズマにおける加熱および電流駆動のための電子サイクロトロン波の堆積は、高速電子の集団を生成するため、電子集団の速度分布はマクスウェル分布から逸脱することになる。高エネルギー尾部の形成に加えて、分布関数の低エネルギー部分の修正も観測されている。これは、通常、散乱光スペクトルを解釈する際にマクスウェル分布関数を仮定する、非干渉性トムソン散乱による電子温度測定に影響を及ぼす可能性がある。このような摂動を調査し定量化するために、トカマク・ア・コンフィギュラシオン・バリアブル（TCV）における電子サイクロトロン加熱（ECH）および電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）実験のいくつかの典型的なケースが詳細に分析された。TCVトムソン散乱システムからの実験結果は、異なる速度分布関数を仮定したシミュレーションデータと比較された。これらのデータは、フォッカー・プランクコードCQL3Dを用いた数値モデリングの結果として得られるか、または電子サイクロトロン放射測定からの情報に基づくモデル双マクスウェル分布関数の形で得られた。調査したいくつかのケースでは、理想的なマクスウェル分布からの逸脱が顕著であり、トムソン散乱によるTe測定において系統的な誤差が特定され得た。特に、ECCDの注入電力が1.35 MWのケースでは、散乱光スペクトルの異なる部分、すなわち異なる電子速度クラスに基づくTe測定の不一致が、25〜30%にも達することが見出された。3つの自由パラメータを持つモデル双マクスウェル分布関数の使用により、TCVにおけるトムソン散乱測定の実験的不確かさを系統的誤差が超えるパラメータ範囲を特定することが可能となった。