A compact scintillator-based imaging neutral particle analyzer (INPA) that provides energy and radially resolved measurements of confined fast ions has been designed and built in the DIII-D tokamak. The system measures charge-exchanged energetic neutrals by viewing an active neutral beam source through a 1D pinhole camera with a rear collimating slit that defines the neutral particle collection sightline and radial positions probed in the plasma. The incident neutrals are ionized by ultra-thin carbon stripping foils of 10 nm thickness with the local tokamak magnetic field acting as a magnetic spectrometer to disperse the ions onto a scintillator. The strike position on the phosphor is determined by the fast ion energy and sightline while the intensity of emitted light from the phosphor is proportional to the ion flux. Fast camera measurements of the scintillator provide 2D images of the escaping neutrals mapped to energy and radial position in the plasma. The INPA system images a broad radial range from the plasma core to edge and deuterium energies up to 80 keV, with energy resolution of ∼7.5 keV and pitch angle resolution of ∼5°. The first data obtained from the INPA demonstrates that the system has excellent signal to noise ratio and provides unprecedented details of phase space dynamics.
DIII-Dトカマクにおいて、閉じ込められた高速イオンのエネルギーおよび径方向分解測定を提供する、コンパクトなシンチレータベースのイメージング中性粒子分析器（INPA）が設計・構築された。本システムは、後方コリメーティングスリットを備えた1次元ピンホールカメラを介して、アクティブ中性粒子ビーム源を観測することにより、荷電交換による高エネルギー中性粒子を測定する。このスリットにより、中性粒子の収集視線とプラズマ内でプローブされる径方向位置が定義される。入射中性粒子は、10 nm厚の超薄膜炭素ストリッピングフォイルによってイオン化され、局所的なトカマク磁場が磁気分光器として機能して、イオンをシンチレータ上に分散させる。シンチレータ上の衝突位置は高速イオンのエネルギーと視線によって決定され、シンチレータからの発光強度はイオンフラックスに比例する。シンチレータの高速カメラ測定により、プラズマ内のエネルギーおよび径方向位置にマッピングされた、逃散中性粒子の2次元画像が得られる。INPAシステムは、プラズマコアからエッジまでの広い径方向範囲と、最大80 keVの重水素エネルギーをイメージングし、エネルギー分解能は約7.5 keV、ピッチ角分解能は約5°である。INPAから得られた最初のデータは、本システムが優れた信号対雑音比を有し、位相空間ダイナミクスの前例のない詳細を提供することを実証している。