In this paper, collective Thomson scattering (CTS) is proposed for measuring the ion temperature and axial/rotational velocity of a plasma jet in the linear plasma generator Magnum-PSI, where ITER-relevant plasma conditions will be simulated. CTS is feasible at Magnum-PSI, because high electron densities (ne) can be obtained at low electron temperatures, which means that small Debye lengths are achievable. Calculations show that CTS is possible at the fundamental wavelength (1064 nm) of a Nd : YAG laser. At this wavelength, a scattering angle of 17–35° is sufficiently small to achieve a scattering parameter 1 < α < 3. The estimated observational error in the ion temperature Ti is expected to be below 10% at ne = 5.0 × 1020 m−3 and Ti = 2.5 eV, for a scattering volume with a length of 2.4 mm using an accumulated scattering energy of 12 J (10 pulses of 1.2 J at 10 Hz). The accuracy in the determination of axial velocity is expected to be about 15%. Setting the required accuracy for ion temperature measurements at 15%, single pulse CTS is expected to be feasible for ne > 1.5 × 1021 m−3. The design considerations of the CTS diagnostic are described in this paper.
本論文では、ITER関連のプラズマ条件が模擬される線形プラズマ発生装置Magnum-PSIにおいて、プラズマジェットのイオン温度と軸方向速度を測定するための集団トムソン散乱（CTS）を提案する。CTSはMagnum-PSIにおいて実現可能である。なぜなら、低い電子温度で高い電子密度（ne）が得られ、その結果、小さなデバイ長が達成可能だからである。計算により、Nd：YAGレーザーの基本波長（1064 nm）においてCTSが可能であることが示される。この波長では、散乱角17–35°が、散乱パラメータ1 < α < 3を達成するのに十分小さい。イオン温度Tiの推定観測誤差は、ne = 5.0 × 10^20 m^−3、Ti = 2.5 eV、散乱体積長2.4 mm、蓄積散乱エネルギー12 J（10 Hzで1.2 Jの10パルス）の条件下で10%未満になると予想される。軸方向速度の決定精度は約15%になると予想される。イオン温度測定の要求精度を15%に設定した場合、単一パルスCTSはne > 1.5 × 10^21 m^−3で実現可能であると予想される。本論文では、CTS診断の設計上の考慮事項について述べる。