Analytical results obtained recently of the ab-initio classical incoherent Thomson Scattering (TS) spectrum from a single-electron (Alvarez-Estrada et al 2012 Phys. Plasmas19062302) have been numerically implemented in a paralelized code to efficiently compute the TS emission from a given electron distribution function, irrespective of its characteristics and/or the intensity of the incoming radiation. These analytical results display certain differences, when compared with other authors, in the general case of incoming linearly and circularly polarized radiation and electrons with arbitrary initial directions. We regard such discrepancies and the ubiquitous interest in TS as motivations for this work. Here, we implement some analytical advances (like generalized Bessel functions for incoming linearly polarized radiation) in TS. The bulk of this work reports on the efficient computation of TS spectra (based upon our analytical approach), for an electron population having an essentially arbitrary distribution function and for both incoming linearly and circularly polarized radiation. A detailed comparison between the present approach and a previous Monte Carlo one (Pastor et al 2011 Nuclear Fusion51043011), dealing with the ab-initio computation of TS spectra, is reported. Both approaches are shown to fully agree with each other. As key computational improvements, the analytical technique yields a × 30 to × 100 gain in computation time and is a very flexible tool to compute the scattered spectrum and eventually the scattered electromagnetic fields in the time domain. The latter are computed explicitly here for the first time, as far as we know. Scaling laws for the power integrated over frequency versus initial kinetic energy are studied for the case of isotropic and monoenergetic electron distribution functions and their potential application as diagnostic tools for high-energy populations is briefly discussed. Finally, we discuss the application of these techniques to the obtention and interpretation of TS spectra in fusion plasmas and the inverse problem, i.e. the construction of the electron distribution function that best fits experimentally obtained TS data.
最近得られた、単一電子からの非経験的古典トムソン散乱（TS）スペクトルに関する解析的結果（Alvarez-Estradaら 2012 Phys. Plasmas 19 02302）を並列化コードに数値実装し、任意の電子分布関数からのTS放射を、その特性や入射放射の強度に関係なく効率的に計算した。これらの解析的結果は、他の著者らの結果と比較した場合、一般の場合において入射直線偏光放射および円偏光放射と任意の初期方向を持つ電子に対して、特定の相違を示す。我々は、このような相違とTSに対する広範な関心を本研究の動機とみなす。ここでは、入射直線偏光放射に対する一般化ベッセル関数などの解析的進展をTSに実装する。本研究の主要部分は、本質的に任意の分布関数を持つ電子集団と、入射直線偏光放射および円偏光放射の両方に対するTSスペクトルの効率的計算について報告する。本手法と、TSスペクトルの非経験的計算に関する従来のモンテカルロ法（Pastorら 2011 Nuclear Fusion 51 04302）との詳細な比較を示す。両手法は互いに完全に一致することが示される。主要な計算上の改善点として、解析的手法は計算時間において30倍から100倍の利得をもたらし、散乱スペクトルおよび最終的には時間領域における散乱電磁場を計算するための非常に柔軟なツールである。後者は、我々の知る限り、ここで初めて明示的に計算される。周波数積分されたパワーの初期運動エネルギーに対するスケーリング則が、等方的かつ単一エネルギーの電子分布関数の場合について研究され、高エネルギー集団の診断ツールとしてのそれらの潜在的応用について簡潔に議論される。最後に、これらの手法の核融合プラズマにおけるTSスペクトルの取得と解釈への応用、および実験的に得られたTSデータに最も適合する電子分布関数を構築する逆問題について議論する。