Effects of relativistic and absorption on ECE spectra in high temperature tokamak plasma

高温トカマクプラズマのECEスペクトルにおける相対論的効果と吸収効果

佐藤 正泰; 諌山 明彦

Sato, Masayasu; Isayama, Akihiko

磁場閉じ込め装置の炉心級プラズマにおけるシンクロトロン放射損失の評価の精度を上げるために、高温プラズマからの電子サイクロトロン放射(ECE)スペクトルの評価を行っている。著者らが導出した相対論的球対称Maxwell分布に対する斜め伝搬ECEの放射率を用いて、高温プラズマからECEスペクトルを評価した。あらゆる方向に放射されたECEスペクトルは、相対論的効果とプラズマによる吸収効果の影響を考慮することにより理解でき、その強さによりECEスペクトルのパターンが変化する。例えば、垂直伝搬で弱磁場側へ放射されるスペクトルでは、基本波正常波の相対論的効果により低周波数側へシフトしたEC波はプラズマで吸収されにくく、低周波数側に独立したピークを持つ。これに対して、強磁場側へ放射されるスペクトルでは、プラズマによる吸収が強いために、低磁場側のプラズマ端に対応した周波数にピークを有する。

Using the extended Trubnikov's expression for the fully relativistic Maxwellian in the case of oblique propagation to the magnetic field (), electron cyclotron emission (ECE) spectra are calculated in a high temperature () tokamak plasma. We investigate the ECE by changing the angles between the sight line and the equatorial plane or direction. Feature of ECE spectra can be interpreted from the viewpoints of relativistic, Doppler and absorption effects. The downshift frequency variation due to the relativistic effect in the high field side (HFS) observation is bigger than that in the low field side observation. Absorption at the HFS plasma results in the deep dip at the HFS of fundamental, second and third harmonics in the ECE spectra. For the vertical observation, in the case of optically thin case, ECE spectra are similar to the emissivity profile, and when electron density () is higher, ECE spectra are modified due to the absorption in plasma. Since the , , increase in the case of the SlimCS DEMO reactor, the ECE spectra expands to high frequency emission (2000 GHz). So, ECE detector in the case of Fourier transform spectrometer system should be modified from present liquid He cooled InSb detector because of the detection of high frequency emission.