A collective Thomson scattering (CTS) diagnostic was developed and used to measure the bulk and fast ions originating from 180 keV neutral beams in the Large Helical Device (LHD). Electromagnetic waves from a gyrotron at 77 GHz with 1 MW power output function as both the probe and electron cyclotron heating beam. To clarify the diagnostic applicability of the gyrotron in the 77 GHz frequency band, we investigated the dependence of the probe and receiver beam trajectories in plasmas with high electron densities of (4–5) × 1019 m−3 and low electron densities of (1–2) × 1019 m−3. At high density, a stray radiation component was observed in the CTS spectrum whereas it was negligibly small at low density. The CTS spectrum was measured and analysed after the in situ beam alignment using a beam scan. Qualitatively, the CTS spectrogram shows consistent response to ion temperatures of 1–2 keV for electron densities of (1–2) × 1019 m−3 and electron temperatures of 2–4 keV. The measured CTS spectrum shows an asymmetric shape at the foot of the bulk-ion region during the injection of 180 keV fast ions. This shape is explained by the fast-ion distribution in the velocity space (v||, v⊥) based on Monte Carlo simulation results. The analysis method of the CTS spectra is used to evaluate the ion temperature and fast-ion velocity distribution from the measured CTS data.
集団トムソン散乱（CTS）診断法を開発し、大型ヘリカル装置（LHD）において180 keV中性粒子ビームに由来するバルクイオンおよび高速イオンの計測に適用した。77 GHz、1 MW出力のジャイロトロンからの電磁波は、プローブ波および電子サイクロトロン加熱ビームの両方として機能する。77 GHz周波数帯におけるジャイロトロンの診断適用性を明らかにするため、高電子密度（4–5）×10¹⁹ m⁻³および低電子密度（1–2）×10¹⁹ m⁻³のプラズマにおけるプローブ波および受信ビームの軌道の依存性を調査した。高密度ではCTSスペクトルに迷走放射成分が観測されたが、低密度ではその成分は無視できるほど小さかった。CTSスペクトルは、ビーム走査を用いたその場ビームアライメントの後に計測・解析された。定性的には、CTSスペクトログラムは、電子密度（1–2）×10¹⁹ m⁻³および電子温度2–4 keVの条件下で、イオン温度1–2 keVに対して整合する応答を示した。計測されたCTSスペクトルは、180 keV高速イオン入射中にバルクイオン領域の裾部において非対称な形状を示した。この形状は、モンテカルロシミュレーション結果に基づく速度空間（v||, v⊥）における高速イオン分布によって説明される。CTSスペクトルの解析手法は、計測されたCTSデータからイオン温度および高速イオンの速度分布を評価するために用いられる。