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Prospects for $$alpha$$-particle diagnostics by CO$$_{2}$$ laser collective Thomson scattering in ITER

ITERにおける炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱による$$alpha$$粒子診断の見通し

近藤 貴; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; 杉江 達夫; Costley, A. E.*; 三浦 幸俊; Lee, S.*

Kondoh, Takashi; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; Sugie, Tatsuo; Costley, A. E.*; Miura, Yukitoshi; Lee, S.*

燃焼プラズマでの支配的な熱源である$$alpha$$粒子の挙動を理解するために、$$alpha$$粒子の密度とエネルギースペクトルの空間の分布を測ることが必要とされている。そこで、ITERの$$alpha$$粒子測定のために、パルス炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱(CTS)システムを開発している。ITERでは加熱ビームイオン(E=1MeV)は、接線方向に入射され、$$alpha$$粒子で類似した速さを持つ。しかし、CTS測定は一般的に、同じ速さを持つビームイオンと$$alpha$$粒子を識別することができない。この問題を解決するため、ビームイオンと$$alpha$$粒子を区別できる垂直散乱配置を提案した。この配置のCTSが、ビームイオンによってマスクされることなく$$alpha$$粒子を分析できることを計算により示した。また、垂直散乱配置によるビーム線とレシーバー・システムの予備的な設計を示す。さらに、JT-60Uプラズマを使ったCTSシステムの原理実証実験について示す。

In order to understand the behavior of alpha-particles which are the dominant heat source in a burning plasma, it is necessary to measure the spatial distribution of the number of the alpha-particles and their energy spectrum. A collective Thomson scattering (CTS) system based on a pulsed CO$$_{2}$$ laser is being developed and is under consideration for alpha-particle measurements on ITER. Heating beam ions (E = 1 MeV) are normally co-injected and have a similar velocity with alpha-particles in ITER. The CTS measurement can not, in general, distinguish beam ions and alpha-particles which have the same velocity. A vertical scattering geometry to distinguish between beam ions and alpha-particles is proposed. Calculations have shown that the vertically viewing CTS can resolve counter-travelling alphas without being masked by beam ions. Preliminary design of a beam line and a receiver system with the vertical scattering geometry has been developed. A proof-of-principle test on the CTS system using the JT-60U plasma is being conducted.

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