A method of measuring the fluctuation spectrum by means of conventional microwave reflectometry is proposed and discussed. The technique is based on the analytical solution of the full-wave equation of microwave propagation and scattering inside the plasma. The reflectometer signal simulated using the reconstructed fluctuations is consistent with the amplitude spectrum of the experimental reflectometer signal. The accuracy of the method is tested on a number of specially modelled data sets, which correspond to isotropic and anisotropic fluctuations, multiple scattering by strong turbulence, and random motion of turbulent modes. We conclude that for the case of small fluctuations our method allows us to reconstruct the profile of the poloidal wavenumber spectrum with a high accuracy, while the turbulence amplitude is estimated within a 40–60% error bar. Multiple scattering deteriorates both the wavenumber spectrum profile and turbulence amplitude estimations.As an illustration, we apply our technique to estimate the fluctuation level and poloidal wavenumber spectrum shape in the ELM-free H mode plasma of the JT-60U tokamak.
マイクロ波反射測定による揺動スペクトルの測定手法を提案し、検討する。本手法は、プラズマ内部におけるマイクロ波の伝播と散乱に関する完全波動方程式の解析解に基づいている。再構成された揺動を用いてシミュレートされた反射計信号の振幅スペクトルは、実験で得られた反射計信号の振幅スペクトルと一致する。本手法の精度は、特に設計された複数のモデルデータセットを用いて検証される。これらのデータセットは、等方性および異方性の揺動、強乱流による多重散乱、および乱流のランダム運動に対応する。小振幅揺動の場合、本手法はポロイダル波数スペクトルのプロファイルを高い精度で再構成できることが示される。一方、乱流振幅の推定誤差は40〜60%の範囲内に収まる。多重散乱は、波数スペクトルのプロファイルと乱流振幅の両方の推定精度を低下させる。最後に、本手法をJT-60UトカマクのELM-free Hモードプラズマにおける揺動レベルとポロイダル波数スペクトル形状の推定に適用する。