カットオフ密度を超えた電子サイクロトロン共鳴加熱に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11780355
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 長崎 百伸 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助手 (20237506)
• キーワード: 電子サイクロトロン共鳴加熱 / 電子バーンシュタイン波 / カットオフ / モード変換

研究概要

電子サイクロトロン共鳴活熱(ECH)は磁場閉じ込め核融合において有効なプラズマ生成・加熱方法であり、MHD不安定性の抑制・非誘導電流駆動・熱輸送の解析等にも用いられている。ECHには通常、一回吸収率の良さからO-mode、X-modeといった電磁波モードが選択されてきたが、これらのモードにはカットオフと呼ばれる密度上限があるため、カットオフ密度を超えたプラズマでのECHの適用を阻んできた。この問題を克服し、より高い密度へのアクセスを可能とする手段の一つとして電磁波から静電波へのモード変換が考えられる。電子バーンシュタイン波には伝搬に密度上限がなく、また、電子サイクロトロン共鳴層にてほぼ100%吸収されるという長所を有している。O-X-B加熱はプラズマ加熱の密度領域を格段に広げるものとして期待できる。本研究の主目的は、O-X-B加熱を用いたカットオフ密度を超えるプラズマでの電子サイクロトロン加熱を実験的に試みることである。
今年度研究成果としては、
1.スラブモデルにおいて、弱磁場側からO-mode入射した場合の電子バーンシュタイン波への変換の入射角度依存性を調べ、最適入射角度を理論的に求めた。
2.O-X-Bモード変換による電磁波および静電波のプラズマ中での伝搬を理論的に調べるために幾何光学近似を用いたレイトレーシングコードを開発し、ヘリカル型装置LHDでの波の伝搬について計算を進めた。その結果、ヘリカル型装置ではトロイダル及びポロイダル方向双方の入射角度を制御しなければならないことを示した。また、O-X変換のための最適入射条件を求めることができた。
今後、実際の実験装置での入射角可変ミラーシステムの開発とHeliotron JやLHD装置への適用、そしてプラズマ実験での電子バーンシュタイン波による加熱実験を進めてゆく。

研究成果

• [文献書誌] K.Nagasaki,A.Ejiri,et al.: "Effects of Magnetic Shear on Electron Cyclotron Resonance Heating in Heliotron/Torsatron Configurations"Phys.Plasmas. 6. 556-564 (1999)
• [文献書誌] K.Nagasaki,Y.Itoh,et al.: "Polarizer with Nonrectangular Grooves in the HE11 Mode Trasnsmission Line"Int.J.Infrared and Millimeter Waves. 20. 823-843 (1999)
• [文献書誌] Y.Manabe,K.Nagasaki,et al.: "Oblique injection system for ECH and ECCD in Heliotron E"Fusion Engineering and Design. 47. 99-106 (1999)
• [文献書誌] K.Nagasaki,Y.Itoh,et al.: "Polarizers with a Non-rectangular Grooves for High Power Millimeter Waves"Fusion Engineering and Design.
• [文献書誌] K.Nagasaki,M.G.Shats,et al.: "28GHz ECH System for H-1NF Heliac"Strong Microwaves in Plasmas.