Theoretical modeling and application of microwave reflectometry to plasma turbulence study

プラズマ中の乱流研究のための理論モデルとマイクロ波反射計への適用

Bruskin, L. G.*; 大山 直幸; 間瀬 淳*; 篠原 孝司; 三浦 幸俊

Bruskin, L. G.*; Oyama, Naoyuki; Mase, Atsushi*; Shinohara, Koji; Miura, Yukitoshi

プラズマ中の密度揺動のポロイダル波数スペクトルと揺動強度を定量的に評価するために、単一周波数のマイクロ波反射計の理論モデルを開発した。このモデルは、ボルン近似のもとでプラズマ中をOモードで伝播する電磁波の2次元波動方程式解析解に基づいている。この解析解は弱い密度揺動だけが存在している場合にポロイダル波数分布を完全に再現できる。また、波数スペクトルが等方であることを仮定することにより、揺動振幅を決定することも可能である。このモデルをJT-60装置のOモード反射計で測定した結果に適用し、プラズマ中の密度揺動の解析を行った。

We present a theoretical model of single-frequency microwave reflectometry of plasma density fluctuations with the objective of quantitative estimation of their poloidal spectrum shape and amplitude. The model is based on the analytical solution of the full-wave equation for O-mode microwave propagation inside the plasma in the Born approximation. The solution allows us to find explicitly the poloidal spectrum of weak plasma fluctuations. With the additional assumption of 2D isotropic spectrum in the r- plane it is also possible to find the fluctuation amplitude. We illustrate our model by the analysis of real signals recorded by the O-mode reflectometer on the JT-60U device.