SPIDER (source for the production of ions of deuterium extracted from RF plasma) is the full-scale prototype of the ITER neutral beam injector ion source. The plasma heating takes place inside eight drivers via inductive coupling, through the radiofrequency (RF) coil. To achieve optimum conditions during source operation it is necessary to know the plasma behavior under various operational conditions. One of the essential parameters is the plasma electron density. It is possible to experimentally measure this parameter and, currently, different methods are being explored, such as the estimations coming from a Langmuir probe and optical emission spectroscopy. However, these methods are either available for temporary measurements or require dedicated analyses with large uncertainties. In this regard, alternative, reliable, and fast diagnostic tools will be beneficial for the estimation of the order of magnitude of electron density inside the driver. Two models for the estimation of electron density are recalled, discussed, and further modified in this work: one is based on the classical power balance equation, and the other is recently described in the literature and relies on classical plasma conductivity. Both models use equivalent electrical parameters of the driver derived from available electrical measurements at the output of the RF generator and through the knowledge of the matching network and the transmission line length. This work explicitly focuses on the application of these models to estimate the plasma electron density in a single driver of SPIDER. Furthermore, the estimations are compared with the first experimental results obtained from temporary electrostatic probe measurements and are found to be in good agreement in terms of magnitude and trends.
SPIDER（RFプラズマから抽出される重水素イオン生成源）は、ITER中性粒子入射装置のイオン源の実規模プロトタイプである。プラズマ加熱は、高周波（RF）コイルを介した誘導結合により、8つのドライバー内部で行われる。ソース運転中に最適な条件を達成するためには、様々な運転条件下でのプラズマ挙動を知る必要がある。必須パラメータの1つがプラズマ電子密度である。このパラメータは実験的に測定可能であり、現在、ラングミュアプローブや発光分光法による推定など、異なる方法が検討されている。しかし、これらの方法は、一時的な測定にのみ利用可能であるか、あるいは大きな不確かさを伴う専用の解析を必要とする。この点に関して、ドライバー内部の電子密度の桁を推定するための、代替的で信頼性が高く高速な診断ツールが有益となる。本稿では、電子密度推定のための2つのモデルを想起し、議論し、さらに修正する。1つは古典的なパワーバランス方程式に基づくものであり、もう1つは最近文献に記載され、古典的なプラズマ導電率に依存するものである。両モデルは、RF発電機の出力における利用可能な電気測定と、整合ネットワークおよび伝送線路長の知識から導出されるドライバーの等価電気パラメータを使用する。本研究は、SPIDERの単一ドライバーにおけるプラズマ電子密度を推定するためのこれらのモデルの適用に明示的に焦点を当てている。さらに、その推定値は、一時的な静電プローブ測定から得られた最初の実験結果と比較され、大きさと傾向の点で良好な一致を示すことが確認された。