| 研究概要 |
プラズマの電子サイクロトロン共鳴加熱において, 電磁波のモード変換現象は重要な基本的素過程である. 種々のモード変換の中で, 高密度プラズマの加熱を可能にするものとして近年特に注目されているのは, 正常モードから異常モードに変換し, 続いてさらにバーンシュタインモードに変換する過程, すなわちO-X-B モード変換である. 本研究は, この複雑な現象を基礎実験的に解明することをめざして行われ, 次のような成果を得た.
1 高密度の大容積プラズマを強磁場中に発生し, 入射角可変のホーン・アンテナから電磁波を照射し, 可動ダイポール・アンテナを用いてプラズマ中の電磁波の二次元レィ・トレーシングを行った. この測定結果は送信アンテナの指向性を考慮した波の軌道の計算結果と一致した.
2 O-X-B モード変換が期待される条件下で, この変換の結果と見られるバーンシュタイン波がアッパーハイブリッド層近傍で観測された. また, この静電波の吸収に起因すると考えられる局所的電子加熱がアッパーハイブリッド層で見い出された. この加熱率は入射パワーに正比例しており, 線形モード変換による電子加熱を示唆している.
3 バーンシュタイン波と電子加熱が観測されるのは, プラズマ密度が臨界値(ω_P=ω)を越えた場合のみである. この条件はO-X-B モード変換の発生条件と合致している.
4 送信アンテナの角度を変えて, 電磁波の入射角と加熱割合の関係を調べた所, 理論的予測よりも広い角度範囲で電子加熱が観測された.
以上のように, 本研究において初めて電磁波のモード変換現象の基礎的解明がなされたと言える. これらの新しい知見は, ジャイロトロン開発の動向にも一石を投じるであろう.
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