This paper presents the first experimental analysis of polarized synchrotron emission from relativistic runaway electrons (REs) in a tokamak plasma. Importantly, we show that the polarization information of synchrotron radiation can be used to diagnose spatially-localized RE pitch angle distributions. Synchrotron-producing REs were generated during low density, Ohmic, diverted plasma discharges in the Alcator C-Mod tokamak. The ten-channel motional Stark effect diagnostic was used to measure spatial profiles of the polarization angle and the fraction of detected light that was linearly-polarized. Spatial transitions in of —from horizontal to vertical polarization and vice versa—are observed in experimental data and are well-explained by the gyro-motion of REs and high directionality of synchrotron radiation. Polarized synchrotron emission is modeled with the synthetic diagnostic Soft; its output Green's (or detector response) functions reveal a critical RE pitch angle at which flips by 90° and is minimal. Using Soft, we determine the dominant RE pitch angle which reproduces measured and values. The spatiotemporal evolutions of and are explored in detail for one C-Mod discharge. For channels viewing REs near the magnetic axis and flux surfaces q = 1 and 4/3, disagreements between synthetic and experimental signals suggest that the sawtooth instability may be influencing RE dynamics. Furthermore, other sources of pitch angle scattering, not considered in this analysis, could help explain discrepancies between simulation and experiment.
本論文は、トカマクプラズマにおける相対論的逃走電子（RE）からの偏光シンクロトロン放射の初の実験的解析を提示する。重要なことに、シンクロトロン放射の偏光情報が、空間的に局在したREピッチ角分布の診断に利用できることを示す。シンクロトロン放射を生じるREは、アルカターC-Modトカマクにおける低密度、ダイバータ配位のオーミック放電中に生成された。10チャンネルのモーションル・シュタルク効果診断装置を用いて、偏光角 と、検出光のうち直線偏光している割合 の空間分布を測定した。実験データにおける の空間遷移—水平偏光から垂直偏光へ、およびその逆—は、REのジャイロ運動とシンクロトロン放射の高い指向性によって十分に説明される。偏光シンクロトロン放射は、合成診断コードSoftを用いてモデル化され、そのグリーン関数（または検出器応答関数）により、 が90°反転し が最小となる臨界REピッチ角が明らかになった。Softを用いて、測定された と の値を再現する支配的なREピッチ角を決定した。1回のC-Mod放電について、 と の時空間発展を詳細に調べた。磁気軸近傍およびq = 1および4/3の磁気面を観測するチャンネルにおいて、合成信号と実験信号の不一致は、鋸歯状不安定性がREダイナミクスに影響を与えている可能性を示唆する。さらに、この解析で考慮されていない他のピッチ角散乱源が、シミュレーションと実験の間の不一致を説明する一因となり得る。