New spectroscopic measurements of deuterium Balmer-α emission are used to infer the spatial distribution of neutral particles near the X-point in a diverted high confinement mode plasma. The charge exchange neutral spectroscopy (CENS) diagnostic—recently installed on the DIII-D tokamak—uses 15 lines of sight extending from the edge of the confined region (ρ ≈ 0.7) to the X-point in lower single-null plasmas. Each CENS line of sight is spectrally resolved around the deuterium Balmer-α wavelength (6561 Å) to measure the Doppler shift, line broadening, and intensity of Dα emission. Thermal line broadening is used to identify emission from neutrals undergoing charge-exchange (CX) with high temperature ions in the confined plasma. This spectral information allows a more accurate determination of the neutral density deeper inside the confined plasma compared to traditional filter-based diagnostics. We present two methods of analyzing CENS measurements: (1) fitting the spectrum from each view-chord separately, and (2) a tomographic method for inverting the neutral density over a 2D region of space using all CENS views collectively. The neutral density profile is found to decay exponentially in the radial direction with two scale-lengths. In the pedestal region the neutral density decays at a rate approximately equal to the local mean-free-path for CX collisions, . Further inside the plasma the neutral density decays at a rate equal to the mean-free-path for ionization, . The separatrix value is found to be approximately m−3. Based on results from the 2D inversion, the density of neutrals is found to increase along the separatrix approaching the X-point by a factor of over the region covered by the CENS diagnostic.
重水素バルマーα発光の新しい分光計測は、ダイバータ配位の高閉じ込めモードプラズマにおけるX点近傍の中性粒子の空間分布を推定するために用いられる。最近DIII-Dトカマクに設置された電荷交換中性粒子分光（CENS）計測は、下部シングルヌルプラズマにおいて、閉じ込め領域の端（ρ ≈ 0.7）からX点まで延びる15本の視線を用いる。各CENS視線は、Dα発光のドップラーシフト、線幅、および強度を測定するために、重水素バルマーα波長（6561 Å）の周りで分光分解される。熱的線幅は、閉じ込めプラズマ中の高温イオンと電荷交換（CX）を起こしている中性粒子からの発光を識別するために用いられる。このスペクトル情報により、従来のフィルター方式の計測と比較して、閉じ込めプラズマのより深部における中性粒子密度をより正確に決定できる。我々はCENS計測を解析する2つの方法を示す：(1) 各視線のスペクトルを個別にフィッティングする方法、および (2) 全てのCENS視線をまとめて用いて2D空間領域上の中性粒子密度を逆変換するトモグラフィー法。中性粒子密度分布は、径方向に2つのスケール長で指数関数的に減衰することが分かった。ペデスタル領域では、中性粒子密度はCX衝突の局所平均自由行程、 ． プラズマのさらに内側では、中性粒子密度は電離の平均自由行程、 ． セパラトリックス 値は、約 m−3であることが分かった。2D逆変換の結果に基づくと、CENS計測でカバーされる領域にわたって、X点に近づくセパラトリックスに沿って中性粒子密度は約 倍増加することが分かった。