We discuss the conceptual design of a spatially-resolved spectroscopy system of Thomson scattering with high wavelength resolution capable of measuring the shape of electron velocity distribution functions in magnetically confined plasmas. We design a spatially-resolved spectrometer with 2560 wavelength channels. The estimated number of scattered photons in a single spectrometer channel is much larger than unity under the experimental setup and plasma parameters of the compact Helical device (CHD), indicating sufficient photon statistics for single-shot measurements. Simulations of the scattered spectra show that the signal-to-noise ratio exceeds 5 even under the most unfavorable conditions expected in CHD at full spectral resolution, and further improves with post-processing pixel binning. Bayesian inference applied to the simulated spectra demonstrates that the inferred plasma parameters agree with the input values within the estimated uncertainties. Comparisons between spectra generated from non-Maxwellian electron velocity distribution functions and their Maxwellian fits indicate that deviations from Maxwellian distributions can be identified using the proposed system.
磁場閉じ込めプラズマ中の電子速度分布関数の形状を測定可能な、高波長分解能を有するトムソン散乱の空間分解分光システムの概念設計について議論する。我々は、2560波長チャンネルを有する空間分解分光器を設計する。単一の分光器チャンネルにおける推定散乱光子数は、コンパクトらせん装置(CHD)の実験設定およびプラズマパラメータの下で1よりもはるかに大きく、単発測定に十分な光子統計を示している。散乱スペクトルのシミュレーションは、CHDで予想される最も不利な条件下であっても、全スペクトル分解能において信号対雑音比が5を超えること、そして後処理ピクセルビニングによってさらに改善されることを示す。シミュレーションされたスペクトルに適用されたベイズ推論は、推定されたプラズマパラメータが推定不確かさの範囲内で入力値と一致することを実証する。非マクスウェル型電子速度分布関数から生成されたスペクトルとそのマクスウェル型フィッティングとの比較は、提案システムを用いてマクスウェル分布からの偏差を識別できることを示す。