Direct measurements of tokamak plasmas isotope composition are in general quite difficult and have therefore been very seldom performed. On the other hand, the importance of this measurement is going to increase, as future experiments will be progressively focused on plasmas approaching reactor conditions. In this paper, we report for the first time encouraging experimental evidence supporting a new method to determine the radial profile of the density ratio nH/(nH + nD), based on neutral particle analyser (NPA) measurements. The measurements have been performed in JET with the ISotope SEParator (ISEP), a NPA device specifically developed to measure the energy spectra of the three hydrogen isotopes with very high accuracy and low cross-talk. The data presented here have been collected in two different experimental conditions. In the first case, the density ratio has been kept constant during the discharge. The isotope ratio derived from the ISEP has been compared with the results of visible spectroscopy at the edge and with the isotope composition derived from an Alfvén eigenmodes active diagnostic (AEAD) system at about half the minor radius for the discharges reported in this paper. A preliminary evaluation of the additional heating effects on the measurements has also been carried out. In the second set of experiments, the isotope composition of deuterium plasmas has been abruptly changed with suitable short blips of hydrogen, in order to assess the capability of the method to study the transport of the hydrogen isotope species. Future developments of the methodology and its applications to the evaluation of hydrogen transport coefficients are also briefly discussed. The results obtained so far motivate further development of the technique, which constitutes one of the few candidate diagnostic approaches viable for ITER.
トカマクプラズマの同位体組成の直接測定は、一般に非常に困難であり、そのためこれまでに行われることは極めて稀であった。一方で、将来の実験が炉心条件に近づくプラズマにますます焦点を当てるにつれて、この測定の重要性は高まると考えられる。本論文では、中性粒子分析装置（NPA）による測定に基づいて、密度比 nH/(nH + nD) の動径分布を決定する新しい手法を支持する有望な実験的証拠を初めて報告する。測定はJETにおいて、ISotope SEParator（ISEP）を用いて実施された。ISEPは、3つの水素同位体のエネルギースペクトルを高い精度と低いクロストークで測定するために特別に開発されたNPA装置である。本論文で提示するデータは、2つの異なる実験条件下で収集された。第一のケースでは、放電中に密度比を一定に保った。ISEPから導出された同位体比は、プラズマ周辺部における可視分光法の結果と比較され、また、小半径の約半分の位置におけるアルヴェン固有モード診断（AEAD）システムから導出された同位体組成とも比較された。さらに、追加加熱が測定に及ぼす影響に関する予備的評価も実施された。第二の実験セットでは、重水素プラズマの同位体組成を、適切な短時間の水素パルス注入によって急激に変化させ、水素同位体種の輸送研究に対する本手法の有効性を評価した。本手法の今後の発展と、水素輸送係数の評価への応用についても簡潔に議論する。これまでに得られた結果は、ITERにおいて適用可能な数少ない診断手法の一つである本技術のさらなる発展を動機付けるものである。