We present a numerical and analytical study of the modifications induced in the collective scattering spectra by the ohmic current governing the equilibrium magnetic configuration in toroidal plasmas. The spectral density function is calculated assuming equilibrium distributions for the (bulk and impurity) ion species and a Spitzer-like distribution to describe the response of the electrons to the applied DC electric field. As expected, the spectral asymmetries can be non-negligibly enhanced in the region of the ion-acoustic frequency. They reach their maxima for tangential scattering geometries, where the magnetic effects on the spectra are negligible. This justifies the assumption of the non-magnetized spectra. The role of the spectral asymmetries in affecting the ion temperature measurements is investigated, and the possibility of inferring the local ohmic current density from the analysis of the low-frequency part of the spectra is verified. The additional effects due to the presence of impurities affecting the spectral shapes are also discussed under realistic conditions. Reference is made to the widely complementary FTU and JET tokamak plasmas, taken as examples of high- and medium-current density regimes, respectively. As a general result, mainly due to the absence of a true ion acoustic resonance in tokamak plasmas (related to a low electron to ion temperature ratio), the peculiarities of the high-current density regimes (high density, low impurity content, etc.) must be met for the current-induced asymmetry in the spectra to become measurable. The ion temperature measurements can be made unaffected by the asymmetries using a simple symmetrization procedure which applies in all cases. In conclusion, a theoretically motivated potential exists for a more detailed experimental investigation of the feasibility of current-density measurements in ohmic plasmas, based on collective scattering.
我々は、トロイダルプラズマにおける平衡磁気配位を支配するオーミック電流によって集団散乱スペクトルに誘起される修正について、数値的および解析的な研究を提示する。スペクトル密度関数は、(バルクおよび不純物)イオン種に対して平衡分布を仮定し、印加直流電場に対する電子の応答を記述するためにスピッツァー型分布を用いて計算される。予想通り、スペクトル非対称性はイオン音波周波数領域において無視できない程度に増強され得る。それらは、磁場効果がスペクトルに対して無視できる接線散乱幾何学配置において最大値に達する。これにより、非磁化スペクトルの仮定が正当化される。イオン温度測定に影響を及ぼすスペクトル非対称性の役割を調査し、スペクトルの低周波数部分の解析から局所オーミック電流密度を推定する可能性を検証する。現実的な条件下でスペクトル形状に影響を与える不純物の存在による付加的効果についても議論する。参照として、それぞれ高電流密度および中電流密度領域の例である、広く相補的なFTUおよびJETトカマクプラズマを取り上げる。一般的な結果として、トカマクプラズマにおける真のイオン音波共鳴の欠如(低い電子対イオン温度比に関連)により、スペクトルにおける電流誘起非対称性が測定可能となるためには、高電流密度領域の特異性(高密度、低不純物含有量など)が満たされる必要がある。イオン温度測定は、すべての場合に適用可能な単純な対称化手順を用いることで、非対称性の影響を受けないようにすることができる。結論として、集団散乱に基づくオーミックプラズマにおける電流密度測定の実現可能性について、より詳細な実験的調査のための理論的に動機づけられた可能性が存在する。