Beam emission spectroscopy on thermal helium is used at the TEXTOR tokamak as a reliable method to obtain radial profiles of electron temperature Te(r, t) and electron density ne(r, t). In this paper the experimental realization of this method at TEXTOR and the status of the atomic physics employed as well as the major factors for the measurement's accuracy are evaluated. On the experimental side, the hardware specifications are described and the impact of the beam atoms on the local plasma parameters is shown to be negligible. On the modeling side the collisional–radiative model (CRM) applied to infer ne and Te from the measured He line intensities is evaluated. The role of proton and deuteron collisions and of charge exchange processes is studied with a new CRM and the impact of these so far neglected processes appears to be of minor importance. Direct comparison to Thomson scattering and fast triple probe data showed that for high densities ne > 3.5 × 1019 m−3 the Te values deduced with the established CRM are too low. However, the new atomic data set implemented in the new CRM leads in general to higher Te values. This allows us to specify the range of reliable application of BES on thermal helium to a range of 2.0 × 1018 < ne < 2.0 × 1019 m−3 and 10 eV < Te < 250 eV which can be extended by routine application of the new CRM.
トカマク装置TEXTORにおける熱ヘリウムを用いたビーム発光分光法は、電子温度Te(r, t)および電子密度ne(r, t)の径方向分布を取得するための信頼性の高い手法である。本論文では、TEXTORにおける本手法の実験的実現と、採用した原子物理モデルの現状について述べる。実験側では、ハードウェアの仕様を説明し、ビーム原子が局所プラズマパラメータに与える影響が無視できるほど小さいことを示す。モデル側では、測定されたHe線強度比からneとTeを推定するために用いた衝突放射モデル(CRM)を評価する。これまで考慮されていなかった陽子および重陽子との衝突と電荷交換過程の影響を、新しいCRMを用いて評価した結果、これらの影響は無視できる程度であることが示された。トムソン散乱および高速トリプルプローブ測定との直接比較により、高密度領域(ne > 3.5 × 10¹⁹ m⁻³)では、従来のCRMを用いて導出したTe値が過小評価であることが明らかになった。一方、新しい原子データセットを実装した改良CRMは、一般的に高いTe値を与える。これにより、熱ヘリウムを用いたビーム発光分光法の信頼適用範囲は、ne = 2.0 × 10¹⁸〜2.0 × 10¹⁹ m⁻³、Te = 10〜250 eVと特定され、新しいCRMの適用によりこの範囲をさらに拡張できることが示された。