Ball-pen probes (BPP) have been deployed in the SOL of numerous tokamak experiments and low-temperature magnetised plasmas to make direct measurements of the plasma potential and electron temperature. Despite strong empirical evidence for the success of the BPP it lacks a theoretical underpinning of its collection mechanism. In this paper we investigate the capability of the probe to measure the plasma potential by means of particle-in-cell simulations. The BPP is found to float at a potential offset from the plasma potential by a factor . By simulating BPPs and Langmuir probes, excellent agreement has been found between the measured electron temperature and the specified source temperature. The transport mechanism for both ions and electrons has been determined. E × B drifts are observed to drive electrons and ions down the tunnel. This mechanism is sensitive to the diameter of the probe.
ボールペンプローブ（BPP）は、多数のトカマク実験および低温磁化プラズマにおけるスクレイプオフ層（SOL）に設置され、プラズマ電位と電子温度の直接測定を行うために用いられてきた。BPPの成功を示す実験的証拠は豊富にあるものの、その収集機構に関する理論的裏付けは欠如している。本論文では、粒子インセル（PIC）シミュレーションを用いて、本プローブのプラズマ電位測定能力を調査する。BPPは、プラズマ電位からある係数だけオフセットした電位に浮遊することが見出された。BPPとラングミュアプローブのシミュレーションにより、測定された電子温度と設定された電子温度の間に優れた一致が得られた。イオンと電子の両方に対する輸送機構が特定された。E×Bドリフトがイオンと電子をトンネルに沿って駆動することが観測された。この機構はプローブの直径に敏感であることが示された。