The SPARC tokamak is a compact high-field device that will operate at high plasma density with the aim to demonstrate net fusion energy. The experimentally unexplored plasma conditions in SPARC will require a carefully selected set of diagnostics for plasma monitoring and control. Here we explore conceptual design options and potential measurement capabilities of a collective Thomson scattering diagnostic at SPARC. We show that a 140 GHz X-mode CTS system is the most attractive option in terms of optimizing the signal-to-noise ratio and limiting sensitivity to refraction, as well as from a technological readiness perspective. Such a setup can provide core-localized measurements of the fusion alpha distribution function, main-ion temperature and toroidal rotation, fuel-ion ratio, and 3He content with relevant spatio-temporal resolution. Our proposed diagnostic layout can in principle be integrated into SPARC and could provide a valuable addition to its diagnostic suite at limited development costs and time.
SPARCトカマクは、正味の核融合エネルギーを実証することを目的として、高プラズマ密度で運転されるコンパクトな高磁場装置である。SPARCにおける実験的に未探査のプラズマ条件は、プラズマ監視および制御のために慎重に選定された一連の診断装置を必要とする。ここでは、SPARCにおける集団トムソン散乱診断装置の概念設計の選択肢と潜在的な測定能力を探求する。我々は、140 GHz XモードCTSシステムが、信号対雑音比の最適化と屈折に対する感度の制限の点で、また技術的熟度の観点からも、最も魅力的な選択肢であることを示す。このような構成は、核融合アルファ粒子分布関数、主イオン温度およびトロイダル回転、燃料イオン比、ならびに3He含有量のコア局所測定を、適切な時空間分解能で提供できる。我々が提案する診断装置の配置は、原理的にSPARCに統合可能であり、限られた開発コストと時間でその診断装置群に貴重な追加をもたらし得る。