Most auxiliary heating methods provide heating to more than one particle species (electrons, ions, impurities) in a fusion plasma. This can lead to substantial temperature differences between species, depending on conditions such as heating power to the different species and collisionality, with temperature differences between species limited by inter-species thermal equipartition and transport. The analysis of the steady-state electron-ion and impurity-ion power balances presented in this paper are used for consistency-checking experimental ion and electron temperature measurements and for inferring the main ion temperature from measured impurity temperatures. As ion temperature measurements by charge exchange spectroscopy (CXS) based on impurity ions have become more difficult and time-consuming since the installation of the ITER-like wall (ILW) with Be and W PFC's, knowing the maximum sustainable temperature difference between ions and electrons, |Ti − Te| allows rejecting erroneous measurements. It also obviates the need for an ion temperature measurement, if an electron temperature measurement is available and |Ti − Te| cannot be larger than the combined errors of the underlying measurements. A power balance analysis is also required for estimating the errors of the ion and electron heat fluxes prior to any species-resolved transport analysis. The ion-impurity temperature differences are usually found to be small due to strong thermal equipartition between ion species. However, they can approach 10% in JET-ILW low density, high power discharges, such the ones under development for a future JET deuterium–tritium campaign (Joffrin et al 2019 Nucl. Fusion). This has a generally small, but not always negligible effect on the calculation of fusion reaction rates, which depend on main ion temperatures. An important outcome of this analysis is that temperature differences between impurity species are always much smaller than between the impurities and hydrogenic species and can usually be neglected. The paper presents two methods for calculating the impurity-to-main ion temperature ratio. Finally, this analysis leads to a method for the reconstruction ion temperature profiles from ion temperature data available at only one or a small number of spatial locations.
ほとんどの補助加熱方式は、核融合プラズマ中の複数の粒子種（電子、イオン、不純物）に加熱を提供する。これは、異なる粒子種への加熱電力や衝突度などの条件に応じて、粒子種間の実質的な温度差を引き起こす可能性があり、粒子種間の温度差は粒子種間の熱的等分配と輸送によって制限される。本論文で提示される定常状態の電子-イオンおよび不純物-イオンのパワーバランスの解析は、実験的なイオンおよび電子温度測定の整合性チェックと、測定された不純物温度からの主イオン温度の推定に使用される。BeおよびW PFCを備えたITER類似壁（ILW）の設置以降、不純物イオンに基づく荷電交換分光法（CXS）によるイオン温度測定がより困難かつ時間のかかるものとなったため、イオンと電子の間の最大持続可能温度差|Ti − Te|を知ることで、誤った測定値を棄却することが可能となる。また、電子温度測定が利用可能であり、|Ti − Te|が基礎となる測定の合成誤差よりも大きくなり得ない場合には、イオン温度測定の必要性も不要となる。種別分解輸送解析の前にイオンおよび電子熱流束の誤差を推定するためにも、パワーバランス解析が必要である。イオン-不純物温度差は、イオン種間の強い熱的等分配により、通常は小さいことが分かっている。しかしながら、将来のJET重水素-トリチウムキャンペーン（Joffrin et al 2019 Nucl. Fusion）に向けて開発中のもののような、JET-ILWの低密度・高電力放電では、これらは10%に近づく可能性がある。これは、主イオン温度に依存する核融合反応率の計算に対して、一般的には小さいが、常に無視できるとは限らない影響を及ぼす。この解析の重要な成果は、不純物種間の温度差は、不純物と水素系種の間の温度差よりも常にはるかに小さく、通常は無視できるということである。本論文は、不純物対主イオン温度比を計算するための2つの方法を提示する。最後に、この解析は、1つまたは少数の空間位置でのみ利用可能なイオン温度データからイオン温度プロファイルを再構築する方法へと導く。