A robust and sensitive Thomson scattering (TS) system has been developed for the high density low temperature plasma in the linear plasma generator Pilot-PSI, which routinely and reproducibly measures electron density and temperature profiles along a detection chord of 25 mm with a spatial resolution of 0.6 mm. The capabilities of the system are illustrated in this paper by a selection of new results from the research program at Pilot-PSI. TS data are presented that demonstrate the present plasma density record in Pilot-PSI: 5 × 1021 m−3 at a temperature of 3 eV. TS measurements in front of the target are combined with ion saturation current data to determine plasma velocities of 4–5 km s−1, which shows that heat convection is dominating over conduction. Single shot operation of TS is also possible, which is demonstrated by measurements revealing a rotating filamentary return current channel to the source anode. Finally, the TS system upgrade that will provide real time feedback of electron density and temperature in the larger plasma generator Magnum-PSI is discussed.
高密度・低温プラズマを生成する線形プラズマ発生装置Pilot-PSIにおいて、堅牢かつ高感度なトムソン散乱(TS)システムを開発した。本システムは、25 mmの検出弦に沿って、0.6 mmの空間分解能で電子密度・電子温度分布を再現性よく計測する。本論文では、Pilot-PSIにおける研究プログラムから得られた新たな結果の抜粋を通して、本システムの能力を実証する。TSデータから、温度3 eVにおいて5 × 10²¹ m⁻³という現在のプラズマ密度記録が達成されたことを示す。また、ターゲット前方でのTS計測をイオン飽和電流データと組み合わせることで、プラズマ流速が4–5 km s⁻¹であることを決定し、熱輸送において伝導よりも対流が支配的であることを明らかにした。さらに、TSの単発計測も可能であり、ソース陽極への回転するフィラメント状の帰還電流チャネルを捉えた計測によってその実証を示す。最後に、より大型のプラズマ発生装置Magnum-PSIにおいて電子密度・電子温度のリアルタイムフィードバックを提供するTSシステムのアップグレードについて議論する。