Doppler reflectometry (DR) can measure the turbulence in magnetic confinement fusion plasma by detecting backscattered signals, and has been widely used in fusion devices. On the experimental advanced superconducting tokamak (EAST), a Backscattering and Forward-scattering integrated DR system has been deployed during the 2024 experimental campaign, which can measure the turbulence across multiple scales at the same location, simultaneously. In the scattering process, the wave vector values satisfy the Bragg condition: . For Doppler backscattering (DBS), it detects the m =−1 scattered signal, whereas for the forward scattering, it detects the scattered signal with m > 0 To investigate the scattering process around the cutoff layer for DR, a two-dimensional (2D) plane-shaped O-mode full-wave simulation based on the finite-difference time-domain (FDTD) method has been done. It was found that the signal received by the DBS is mainly the m = −1 scattered signal, while the turbulence measured by the Doppler forward-scattering (DFS) corresponds mainly to low-k fluctuations (). Besides, the results indicate that for both backscattering and forward scattering, the intensity of the scattered signals increases with turbulence level, while the Doppler shift frequency remains unchanged. Therefore, based on these simulation results, the integrated Backscattering and Forward-scattering DR system can simultaneously measure the large scale (low-k) and small scale (high-k) turbulence at the same position in the plasma.
ドップラー反射計測(DR)は、後方散乱信号を検出することにより、磁気閉じ込め核融合プラズマ中の乱流を測定することができ、核融合装置で広く使用されてきた。実験先進超伝導トカマク(EAST)では、2024年実験キャンペーン中に後方散乱・前方散乱一体型DRシステムが配備され、これは同じ位置で複数スケールにわたる乱流を同時に測定することができる。散乱過程において、波数ベクトル値はブラッグ条件: .を満たす。ドップラー後方散乱(DBS)はm =−1の散乱信号を検出し、一方、前方散乱はm > 0の散乱信号を検出する。このDRのカットオフ層周辺の散乱過程を調べるため、有限差分時間領域(FDTD)法に基づく二次元(2D)平面形状のOモード全波シミュレーションが行われた。DBSが受信する信号は主にm =−1の散乱信号である一方、ドップラー前方散乱(DFS)が測定する乱流は主に低k揺らぎ()に対応することがわかった。さらに、結果は、後方散乱と前方散乱の両方について、散乱信号の強度は乱流レベルとともに増加する一方、ドップラーシフト周波数は変化しないことを示している。したがって、これらのシミュレーション結果に基づき、後方散乱・前方散乱一体型DRシステムは、プラズマ内の同じ位置で大規模(低k)乱流と小規模(高k)乱流を同時に測定できる。