Spatially resolved rotational temperature of ground state hydrogen molecules desorbed from plasma-facing surface was measured in QUEST, LTX-β, and DIII-D tokamaks, and the increases of the rotational temperature with the surface temperature and due to collisional-radiative processes in the plasmas were evaluated. The increase due to collisional-radiative processes was calculated by solving rate equations considering electron and proton collisional excitation and deexcitation and spontaneous emission. The calculation results suggest a high sensitivity for the rotational temperature to electron and proton densities, but a negligible sensitivity to the electron, proton, and surface temperatures. In the three tokamaks with different plasma parameters and plasma-facing surface materials, the spatial profile of the rotational temperature was estimated using Fulcher-α emission lines (600–608 nm). In QUEST, the spatial profile of the rotational temperature was estimated from spatially resolved spectra. In the other tokamaks, the rotational temperature was evaluated assuming a single point emission with a location determined from the Fulcher-α emission profile as measured with a filtered camera. In metal-walled devices QUEST and LTX-β, the rotational temperature increased with the surface temperature, and the calculated collisional-radiative increase is consistent with measured increase assuming that the rotational temperature at the surface is approximately 500–600 K higher than the surface temperature. In DIII-D with carbon walls, a larger collisional-radiative increase than the other tokamaks was observed because of the higher density leading to a large difference from the calculated increase compared to the other smaller tokamaks. Measurement of the Fulcher-α emission profile with higher spatial resolution in DIII-D may reduce the difference and reveal the effect of the surface temperature on the rotational temperature. These results show the increases in the rotational temperature with the surface temperature and due to the collisional-radiative processes.
プラズマ対向表面から脱離した基底状態水素分子の空間分解された回転温度をQUEST、LTX-β、DIII-Dトカマクで測定し、表面温度に伴う回転温度の上昇と、プズマ中での衝突・放射過程による回転温度の上昇を評価した。衝突・放射過程による上昇は、電子および陽子の衝突励起・脱励起と自然放出を考慮したレート方程式を解くことにより計算した。計算結果は、回転温度が電子密度と陽子密度に対して高い感度を示す一方、電子温度、陽子温度、表面温度に対しては無視できる程度の感度しか示さないことを示唆している。異なるプズマパラメータとプズマ対向表面材料を持つ3つのトカマクにおいて、Fulcher-α発光線（600–608 nm）を用いて回転温度の空間分布を推定した。QUESTでは、空間分解スペクトルから回転温度の空間分布を推定した。他のトカマクでは、フィルター付きカメラで測定されたFulcher-α発光分布から決定された位置での単点発光を仮定して回転温度を評価した。金属壁装置QUESTおよびLTX-βでは、回転温度は表面温度とともに上昇し、計算された衝突・放射による上昇は、表面での回転温度が表面温度より約500–600 K高いと仮定すると、測定された上昇と一致した。炭素壁のDIII-Dでは、他のトカマクよりも大きな衝突・放射による上昇が観測された。これは、密度が高いために、他のより小型のトカマクと比較して、計算による上昇との差が大きくなったことによる。DIII-Dにおいて、より高い空間分解能でFulcher-α発光分布を測定すれば、その差を小さくし、回転温度に対する表面温度の影響を明らかにできる可能性がある。これらの結果は、表面温度に伴う回転温度の上昇と、衝突・放射過程による回転温度の上昇を示している。