AbstractFusion research relies heavily on plasma diagnostics in order to operate safely, to explore and optimise the performance of a fusion experiment and to study in detail the plasma physics. In recent years, there have been many advances in plasma diagnostics, not only as a result of the development of new and innovative techniques, but also by the improvement and careful application of well-established methods. A magnetically-confined plasma has many degrees of freedom and is influenced by many boundary conditions. Consequently, to fully characterise a fusion plasma the measurement of a correspondingly large number of plasma parameters is required. Some parameters, such as the magnetic field, current, temperature and density, are fairly obvious requirements, but some are more subtle or complex. Many of these parameters cover very wide dynamic ranges, either in different regions of the plasma at the same time or at different times during the evolution of the plasma. Obvious examples are plasma temperatures, which range from a few electron volts (a mere ten thousand degrees Celsius) in the divertor to tens of kilo-electron volts (a few hundred million degrees) in the plasma core and neutron yields, which range over many orders of magnitude. Usually, such wide ranges cannot be measured with a single instrument or measurement method. Consequently, many parameters require several different diagnostic instruments to cover their whole dynamic range. Moreover, independent methods of measuring the most important parameters, particularly those used for feed back control, are desirable for reliability and to resolve uncertainties in interpretation or interference from other effects. JET commenced operation in 1983 with about 20 diagnostic systems and now has about 70. Even so, some important parameters are not completely diagnosed.Measurements in fusion plasmas utilise a wide variety of techniques. Some methods are passive and use the detection of particles or radiation emitted spontaneously from the plasma, other methods use active probing of the plasma with beams of particles or electromagnetic radiation from an external source. Diagnostics based on electromagnetic radiation are particularly important; fusion plasmas emit electromagnetic radiation over a very wide spectral range, from high energy gamma rays through hard and soft X-rays, ultra-violet, visible, infra-red to microwave radiation. Each wavelength range conveys information about specific aspects of the plasma and coverage of the whole range is necessary.It is impossible in the space of a short paper to cover the wide range of recent diagnostic development. This paper will discuss some of the general principles and requirements. A few examples will be used to illustrate the present state of the art. We will briefly consider the future requirements and challenges of designing diagnostics for ITER and fusion reactors.
核融合研究は、プラズマ計測に大きく依存している。その目的は、安全な運転、核融合実験の性能の探求と最適化、そしてプラズマ物理の詳細な研究である。近年、プラズマ計測には多くの進歩が見られたが、それは革新的な新技術の開発によるものだけでなく、確立された手法の改良と注意深い応用によるものでもある。磁場閉じ込めプラズマは多くの自由度を持ち、多くの境界条件の影響を受ける。その結果、核融合プラズマを完全に特徴付けるためには、対応する多数のパラメータの計測が必要となる。磁場、電流、温度、密度などのパラメータは比較的明白な要件であるが、より微妙で複雑なものもある。これらのパラメータの多くは、プラズマの異なる領域において同時に、あるいはプラズマの時間発展の異なる段階において、非常に広いダイナミックレンジにわたる。明確な例として、プラズマ温度は、ダイバータ領域における数eV（わずか摂氏一万度）から、プラズマコアにおける数十keV（数億度）まで及ぶ。また、中性子収量は数桁にわたって変化する。通常、このような広い範囲を単一の計測機器や単一の計測手法でカバーすることはできない。その結果、多くのパラメータについて、その全ダイナミックレンジをカバーするために、複数の異なる計測診断装置が必要となる。さらに、最も重要なパラメータ、特にフィードバック制御に使用されるものについては、信頼性の確保と、解釈の不確実性や他の効果からの干渉を解決するために、独立した複数の計測手法が望ましい。JETは1983年の運転開始時に約20の診断システムを有していたが、現在では約70を有している。それでもなお、完全には計測されていない重要なパラメータが存在する。核融合プラズマの計測には多種多様な技術が用いられる。受動的な手法としては、プラズマから自発的に放出される粒子や放射線の検出があり、能動的な手法としては、外部源からの粒子ビームや電磁放射によるプラズマのプロービングがある。電磁放射に基づく診断は特に重要である。核融合プラズマは、高エネルギーガンマ線から、硬X線、軟X線、紫外線、可視光、赤外線を経てマイクロ波放射に至るまで、非常に広いスペクトル範囲にわたって電磁放射を放出する。各波長域はプラズマの特定の側面に関する情報を伝達するため、全波長域をカバーすることが必要である。短い論文で最近の診断技術開発の全範囲を網羅することは不可能である。本論文では、いくつかの一般的な原理と要件について議論する。また、いくつかの例を用いて現在の技術水準を説明する。最後に、ITERおよび核融合炉向け診断装置の設計における将来の要件と課題について簡潔に考察する。