Plasma turbulence measurements play a crucial role in understanding transport, which affects the fusion yield of tokamaks. However, there is a notable scarcity of plasma turbulence diagnostics, particularly temperature fluctuations. While soft x-ray (SXR) imaging holds promise for measuring electron temperature fluctuations, such a fluctuation diagnostic has not yet been developed. In our prior work (Chen et al 2021 Rev. Sci. Instrum.92 055337), we successfully designed an SXR-based electron temperature fluctuations diagnostic and developed a reconstruction algorithm called pseudolocal tomography. In this paper, we further demonstrate the feasibility of this diagnostic using fluctuation data directly derived from gyrokinetic simulations of NSTX-U L-mode discharges. The reconstruction algorithm has been refined to achieve the same accuracy using a simpler diagnostic layout than in previous work (Chen et al 2021 Rev. Sci. Instrum.92 055337). The enhanced algorithm also enables the reconstruction of electron density fluctuations. In light of this, we prefer to refer to this tool as a ‘fluctuation diagnostic’ rather than solely an ‘electron temperature fluctuation diagnostic’. Consistent with our previous work, this study explores the diagnostic’s range of detection, emphasizing its ability to reconstruct the 2D k–f spectra of both electron density and temperature fluctuations in both radial and poloidal directions, and the cross angle phase between them. Subsequently, we investigate how the diagnostic’s performance is influenced by the region of interest (ROI), diagnostic parameters such as the number of lines of sight and viewing angles, signal-to-noise ratio and finite beam size. Through comprehensive analysis, we establish the feasibility of this new SXR diagnostic to measure turbulent fluctuations, including relevant potential diagnostic limitations such as the diminished effectiveness when the ROI is too close to the plasma edge.
プラズマ乱流計測は、トカマクの核融合収量に影響を与える輸送を理解する上で極めて重要な役割を果たす。しかしながら、プラズマ乱流診断、特に温度揺動の診断は著しく不足している。軟X線（SXR）イメージングは電子温度揺動の計測に有望である一方、そのような揺動診断はまだ開発されていない。我々の以前の研究（Chen et al 2021 Rev. Sci. Instrum.92 055337）において、我々はSXRに基づく電子温度揺動診断装置を設計し、擬局所トモグラフィーと呼ばれる再構成アルゴリズムを開発することに成功した。本論文では、NSTX-UのLモード放電のジャイロ運動論シミュレーションから直接得られた揺動データを用いて、この診断装置の実現可能性をさらに実証する。再構成アルゴリズムは、以前の研究（Chen et al 2021 Rev. Sci. Instrum.92 055337）よりも単純な診断レイアウトを用いて同じ精度を達成するように改良された。改良されたアルゴリズムは、電子密度揺動の再構成も可能にする。このことを踏まえ、我々はこのツールを単なる「電子温度揺動診断装置」ではなく、「揺動診断装置」と呼ぶことを好む。我々の以前の研究と一致して、本研究は診断装置の検出範囲を調査し、動径方向とポロイダル方向の両方における電子密度揺動と温度揺動の両方の2次元k–fスペクトル、およびそれらの間のクロス位相角を再構成する能力を強調する。続いて、診断装置の性能が、関心領域（ROI）、視線数や視野角などの診断パラメータ、信号対雑音比、および有限ビームサイズによってどのように影響を受けるかを調査する。包括的な解析を通じて、我々は、ROIがプラズマ端に近すぎる場合の有効性の低下など、関連する潜在的な診断上の制限を含め、乱流揺動を計測するためのこの新しいSXR診断装置の実現可能性を確立する。