Ion sensitive probes serve to measure the ion temperature in magnetized plasma. Such a probe typically consists of a collector submerged inside a hollow tube, which is oriented perpendicularly to the magnetic field. The principle of the probe is based on geometrical shielding of the ion collector from plasma electrons. According to the basic theory, when the collector is retracted in the tube, electrons with their small Larmor radii should not be able to reach it and the collector becomes sensitive to ions. However, experimental results show that the electron shielding is in general inefficient, it only works in the case when the potential of the collector is the same as the potential of the inside surface of the tube.This problem is investigated using a full 3D particle-in-cell Cartesian code with a fast multigrid Poisson solver. We simulate the plasma behaviour in the vicinity of a model of the ion sensitive probe. A positive potential structure is formed at the entrance of the tube due to the space charge of ions that gyrate inside. This structure produces E × B drifts, which push electrons into the shielded space. A stream of electrons hitting the collector is observed for various potentials of the collector. Simulations revealed that electrons can penetrate inside the geometrical shadow in all studied cases; however, they do not reach the collector when the potential of the collector is equal to the potential of the tube.
イオン感受性プローブは、磁化プラズマ中のイオン温度を測定するために用いられる。このようなプローブは通常、磁場に対して垂直に配向された中空管の内部に設置されたコレクタから構成される。このプローブの原理は、プラズマ電子からのイオンコレクタの幾何学的遮蔽に基づいている。基本理論によれば、コレクタが管内に後退している場合、ラーモア半径が小さい電子はコレクタに到達できず、コレクタはイオンに対して感度を持つようになる。しかし、実験結果は、電子遮蔽が一般に非効率的であることを示しており、それはコレクタの電位が管の内表面の電位と等しい場合にのみ機能する。この問題は、高速マルチグリッドポアソンソルバーを備えた完全3次元パーティクルインセルコードを用いて調査される。我々は、イオン感受性プローブのモデルの近傍におけるプラズマ挙動をシミュレーションする。管内でジャイロ運動するイオンの空間電荷により、管の入口に正の電位構造が形成される。この構造はE×Bドリフトを生じさせ、それが電子を遮蔽空間内へ押し込む。様々なコレクタ電位について、コレクタに到達する電子の流れが観測される。シミュレーションにより、調査したすべてのケースにおいて電子が幾何学的影の中へ浸透し得ることが明らかになったが、コレクタの電位が管の電位と等しい場合には、電子はコレクタに到達しない。