光渦を用いた新しい電子サイクロトロン加熱法の提案

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電子サイクロトロン波を用いたプラズマ加熱の問題は、電子サイクロトロン波がカットオフ密度以上の高密度領域を伝搬できないことである。そこで螺旋状の波面を持つ渦EC波を使うことで、従来のカットオフ密度以上の高密度領域を伝搬できることを示唆する発展的な理論を構築している。冷たく一様な磁化プラズマ中において、螺旋波面を持つ電子サイクロトロン波の波動場に関する伝搬理論において、複素アイコナール近似に加えて、波数ベクトルに関してオーダリングの近似を行っている点が問題であった。それに伴う位相特異点への近接性や伝搬可能距離に関する制限があった。本年度はこれらの制限を取り除いた高次な理論を構築中である。螺旋状に空間変化する波数ベクトルを従来の代数方程式ではなく、複素位相関数に関する偏微分方程式で記述することで、より正確な伝搬特性が明らかになる見込みを得た。次の段階として、この方程式を解析的あるいは数値的に解けば良い。その結果として、平面波をベースにした従来の理論で考えられているOモードやXモードの伝搬可能な密度領域が、螺旋波面を持つ電子サイクロトロン波では変わることが明らかになってきた。特に高密度領域を伝搬可能な渦EC波の存在が明らかになりつつある。実験的検証を行うための光渦伝送系が構築されているので、理論シミュレーションと実験の両面で進めてきた。今後は空間微分に関して近似の全波解析からも渦EC波の伝搬特性を明らかにしていく。