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Sensitivity of electron temperature measurements with the tunnel probe to a fast electron component

T Van Rompuy, J P Gunn, R Dejarnac, J Stöckel, G Van Oost2007年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The tunnel probe is a new kind of Langmuir probe for fast dc measurements of ion flux and electron temperature in the tokamak scrape-off layer. The probe is calibrated using two-dimensional kinetic analysis of the ion current distribution on the concave conductors. Though qualitative agreement with classical Langmuir probe measurements was found, the electron temperature given by the tunnel probe is several times lower. One possible explanation might be an overestimation of the electron temperature by the Langmuir probe, due to a non-Maxwellian electron velocity distribution which can be modelled in a first approach as a two-temperature distribution. Hence the possible influence on the tunnel probe of a small population of nonthermal electrons is investigated by means of the two-dimensional kinetic code XOOPIC. It is found that this influence can be seen as the result of two combined physical effects: nonthermal electrons will reach the back plate (BP) and the ion current distribution over tunnel and the BP will change. The resulting dependence on probe bias and parallel ion current density of the TP sensitivity to nonthermal electrons is not reflected in CASTOR measurement results. Thus nonthermal electrons on their own cannot fully explain the discrepancy between Langmuir and tunnel probe measurements.

日本語訳

トンネルプローブは、トカマクのスクレイプオフ層におけるイオン束と電子温度の高速直流測定のための新しい種類のラングミュアプローブである。このプローブは、凹面導体上のイオン電流分布の二次元運動論的解析を用いて較正される。古典的なラングミュアプローブ測定との定性的な一致が見出されたものの、トンネルプローブによって与えられる電子温度は数倍低い。その一つの可能な説明として、非マクスウェル型の電子速度分布、すなわち第一近似として二温度分布でモデル化され得る分布により、ラングミュアプローブの電子温度が過大評価されている可能性が挙げられる。そこで、非熱的電子の小さな集団がトンネルプローブに及ぼす影響を、二次元運動論的コードXOOOPICを用いて調査した。その結果、この影響は二つの複合的な物理効果として現れることが分かった。すなわち、非熱的電子が背面プレート(BP)に到達すること、およびトンネルとBP上のイオン電流分布が変化することである。トンネルプローブ感度の非熱的電子に対する依存性は、プローブバイアスおよび平行イオン電流密度に依存するが、この依存性はCASTOR測定結果には反映されていない。したがって、非熱的電子のみでは、ラングミュアプローブとトンネルプローブの測定間の不一致を完全に説明することはできない。

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