Ion sensitive probes (ISPs) are used to measure ion temperature and plasma potential in magnetized plasmas. Their operation relies on the difference in electron and ion Larmor radii to preferentially collect the ion species on a recessed electrode. Because of their simple two-electrode construction and optimal geometry for heat flux handling they are an attractive probe to use in the high heat flux boundary of magnetic confinement fusion experiments. However, the integrity of its measurements is rarely, if ever, checked under such conditions. Recent measurements with an ISP in the Alcator C-Mod tokamak have shown that its ion current is space-charge limited and thus its current–voltage (I–V) response does not contain information on the ion temperature. We numerically solve a 1D Vlasov–Poisson model of ion collection to determine how much bias is needed to overcome space-charge effects and regain the classic I–V characteristic with an exponential decay. Prompted by the observations of space charge in C-Mod, we have performed a survey of ISP measurements reported in the literature. Evidence of space-charge limited current collection is found on many probes, with few authors noting its presence. Some probes are able to apparently exceed the classic 1D space-charge limit because electrons can E × B drift into the probe volume, partially reducing the net ion charge; it is argued that this does not, however, change the basic problem that space charge compromises the measurement of ion temperature. Guidance is given for design of ISPs to minimize the effects of space charge.
イオン感受性プローブ（ISP）は、磁化プラズマ中のイオン温度とプラズマ電位を測定するために使用される。その動作は、電子とイオンのラーモア半径の差に依存しており、凹んだ電極上でイオン種を優先的に収集する。その単純な2電極構造と熱流束処理に適した形状により、磁気閉じ込め核融合実験の高熱流束境界領域で使用する魅力的なプローブとなっている。しかしながら、そのような条件下での測定の完全性が検証されることはほとんどない。Alcator C-ModトカマクにおけるISPを用いた最近の測定では、そのイオン電流が空間電荷制限を受けており、したがってその電流–電圧（I–V）応答にはイオン温度に関する情報が含まれていないことが示された。我々は、空間電荷効果を克服し、指数減衰を伴う古典的なI–V特性を取り戻すために必要なバイアス量を決定するため、1次元Vlasov–Poissonモデルによるイオン収集の数値解析を行った。C-Modにおける空間電荷の観測を受けて、我々は文献で報告されているISP測定の調査を実施した。多くのプローブにおいて空間電荷制限された電流収集の証拠が見出されたが、そのことに言及した著者はほとんどいない。一部のプローブは、電子がE×Bドリフトによってプローブ体積内に入り込み、正味のイオン電荷を部分的に減少させるため、古典的な1次元空間電荷限界を apparent に超えることができる。しかしながら、空間電荷がイオン温度測定を損なうという根本的な問題は変わらないと論じる。空間電荷の影響を最小化するためのISP設計に関する指針が示される。