減速場能量分析儀（RFA）是一種通過測量等離子體中離子速度分布函數來評估離子溫度的實用診斷。其測量離子溫度范圍約10~100eV，可用于低溫等離子體芯部和高溫等離子體邊界物理研究。作為經典的離子溫度測量手段，RFA已在JET、Tore Supra、Alcator C-mod、ISTTOK、STOR-M、HL-2A、EAST、W7-X等裝置上開展實驗研究。其測量原理為：通過利用狹縫（寬度~30微米）上形成的德拜鞘層屏蔽電子而只使等離子體中的離子進入RFA腔體，而后在腔體內部利用周期性變化的電場調制離子流，使得高于調制電壓能量的離子流可以被收集極收集，收集極上測量的收集電流隨掃描電壓增加而產生的指數衰減系數與等離子體的離子溫度線性相關。不但如此，當等離子體中存在大量快電子時，比如低雜波驅動快電子流，快電子流會穿過狹縫勢壘進入減速場能量分析儀腔體，此時收集極上將主要收集負電流，因此減速場能量分析儀也可以測量等離子體中快電子通量或電流。由于RFA直接離子速度分布函數，其測量的離子溫度相比其他離子溫度診斷更加可靠。

根據其測量原理，RFA的測量器件通常包含狹縫、柵網、收集極、絕緣片和保護套等部件。下圖所示為EAST上RFA測量探頭。該探頭在兩側各有一套RFA測量單元，兩側狹縫（白色）的中軸線在測量期間原則上需要趨向于與磁力線平行。為了排斥電子，除了狹縫寬度限制在~30微米，還在其上加負200V偏壓以過濾等離子體中的電子，而只使得離子流進入探頭腔體。腔體中為雙柵網（黑色）和一個收集極（紅色），電極之間間距2mm，中間用陶瓷套進行電絕緣。在腔體頂端還有四根Langmuir探針作為四探針陣列，以測量電子溫度和密度以及懸浮電位。兩套RFA的電極部件和陶瓷套筒全都固定于陶瓷基座上，陶瓷基座外側還增加石墨套件以保護RFA部件不受高熱等離子體的轟擊。

圖1 EAST上RFA設計圖紙

封裝好的RFA探頭若要測量等離子體中的離子溫度，還需要合適的外圍電子學對偏壓電極加偏壓以及收集收集極上的~10微安量級的電流信號。下圖所示為一種簡單易行的電子學方案。圖中DC電壓可采用電池組件(~200V)，掃描電壓可采用DC+AC遠程掃描電壓（~ +/- 300V）。電阻需采用高精度穩定的電阻型號，諸如金屬膜電阻。需要注意的是所有回路均需單點接地，以減少回路產生的感應電流。

圖2 EAST上RFA電路圖

通過指數擬合RFA收集極收集電流與施加的掃描電壓曲線，可以估算出等離子體的離子溫度。下圖為EAST上限制器位型下歐姆加熱等離子體條件下所測量的離子溫度剖面，其中橫坐標為測量位置距離極向限制器的徑向距離，縱坐標為離子溫度與等離子體攜帶電荷數的比值。由于等離子體為氘氣，所攜帶電荷數約為1，故縱坐標測量值即相當于等離子體的離子溫度。通過升級上文所描述的RFA的硬件系統，諸如RFA探頭部件和外圍電子學，可以明顯提升測量離子溫度的時空分辨率和測量精度。

圖3 EAST上RFA測量離子溫度剖面