Studio dello spazio operazionale della diagnostica Thermal Helium Beam sul tokamak TCV

The Thermal Helium Beam is a diagnostic used in the boundary region of fusion plasma, currently installed on the TCV tokamak. It measures the intensity of four emission lines of neutral helium, which is puffed into the Scrape-off Layer of the plasma. Combining the line ratio technique and a collisional radiative model it is possible to estimate the radial profiles of the electron density and temperature in the edge region. The 501.6 nm helium emission line has been recently added to the analysis, in order to take into account the effect of radiation trapping of the ultraviolet resonant lines: this means that the injected He cloud can be optically thick, causing the re-absorption of the emitted photons. It has already been demonstrated that the inclusion of the absorption gives more reliable estimates of the density and temperature profiles. The first objective of this thesis is to improve the understanding of absorption by investigating the relationship it has with temperature and density measurements. The second one is to define an operational space that correlates plasma parameters with radiation absorption and the amount of helium, and to identify optimal diagnostic operating conditions. For these reasons, THB measurements will be also be compared with the ones obtained by the Thomson Scattering diagnostic, in order to determine the conditions where the absorption correction is needed to improve sensitivity and reliability.

Il Thermal Helium Beam è una diagnostica utilizzata per caratterizzare la regione periferica dei plasmi da fusione, attualmente installata sul tokamak TCV. Essa misura l'intensità di quattro righe di emissione dell'elio neutro, che viene iniettato nello Scrape-Off Layer del plasma. Combinando la tecnica dei rapporti tra le intensità delle righe con un modello collisionale radiativo, è possibile stimare i profili radiali della densità e della temperatura elettronica nella regione di bordo. La riga di emissione dell'elio a 501.6 nm è stata recentemente aggiunta all'analisi per tenere conto dell'effetto di intrappolamento della radiazione associato alle righe risonanti nell'ultravioletto. Ciò significa che la nube di He iniettata può diventare otticamente spessa, causando il riassorbimento dei fotoni emessi. È già stato dimostrato che l'inclusione dell'assorbimento consente di ottenere stime più affidabili dei profili di densità e temperatura. Il primo obiettivo di questa tesi è approfondire la comprensione dell'impatto dell'assorbimento, studiandone la relazione con le misure di temperatura e densità. Il secondo obiettivo è definire uno spazio operativo che metta in relazione i parametri del plasma con l'assorbimento della radiazione e con la quantità di elio iniettata durante la misura, al fine di individuare le condizioni operative ottimali della diagnostica. A questo scopo, le misure saranno inoltre confrontate con quelle ottenute mediante la diagnostica Thomson Scattering, per determinare in quali condizioni la correzione per l'assorbimento sia necessaria al fine di migliorare la sensibilità e l'affidabilità delle misure.