Studies of current profile formation in a lower-hybrid wave driven tokamak plasma

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本研究の目的は、トカマク型核融合炉の性能向上を目指して、高周波によるトカマクプラズマの非誘導電流駆動を定量的に理解し、中心ソレノイドを用いないトカマク運転手法を確立することである。本年度はオフミッドプレーン入射電流駆動シナリオに基づく新しい低域混成波アンテナを製作・設置し、実験を開始した。新オフミッドプレーンアンテナにより、プラズマ電流10kA程度までの非誘導プラズマ立ち上げに成功した。また、新オフミッドプレーンアンテナにより従来の外側赤道面入射及び上側入射アンテナと比べて2倍程度の中心電子温度が実現した。上側入射アンテナ使用時には、リミタからの強い制動X線放射が観測されるが、これは波が電流駆動を担う高速電子を作ると同時に、高速電子の径方向輸送を駆動し、損失をもたらしているためと考えられている。新オフミッドプレーンアンテナ使用時に観測された制動X線放射は上側入射に比べてずっと弱く、高速電子損失が低減されていることが示唆された。オフミッドプレーン入射シナリオは、波の屈折により現行のアンテナよりもプラズマ内側で吸収・電流駆動するように設計された。また、速い位相速度での加速が低磁場側で起こるため、上側入射のような高速電子損失を駆動しないことが期待されていた。初期的な実験結果は、このような数値計算予測と整合している。高周波により駆動されるトカマクプラズマは波の伝搬をサポートするプラズマを波自身が生成する複雑な非線形系であり、その振る舞いの定量的な記述は困難であった。今回設計通りの効果を観測できたことは、数値計算の精度が将来の実験を予測するのに十分な精度に達しつつあるということであり、これは核融合炉の効果的なアクチュエータの設計につながるものである。