This paper deals with the problem of helium ash removal from stellarator-reactor. The lower hybrid (LH) heating of ash ions is proposed to solve this problem. The theory of ion stochastic heating, developed earlier by Karney, is generalized in the case of heating in stellarators. The features of the LH waves propagation and the ions motion in the stellarator confining field are taken into account. With a proper choice of wave parameters (such as frequency, antenna position and initial spectrum of longitudinal refractive index) the slow mode of LH waves penetrates from the launching system to the plasma core (and back) without conversion to kinetic plasma mode or to fast mode. With all this going on, the LH wave is absorbed by alpha particles only. The electron Landau damping is negligibly small, and there is no bulk ions stochastic heating. The motion of high-energy (>100 keV) ions in the LHD heliotron with inwardly shifted magnetic axis, as an example of stellarator type device, is calculated numerically using the single particle simulation code which couples modified Karney's ion stochastic heating theory. The effect of collisions was taken into account through the Monte Carlo equivalent of the Lorentz collision operator. It is shown, that due to interaction with LH wave, initially well-confined alpha particles are expelled from the plasma volume during the time period which is shorter than the collision time. At the same time, the low hybrid heating does not remove the ions having an energy higher than 500 keV. Therefore, it is possible to use this method of RF heating for helium ash removal in stellarator-reactor. The required LH power is estimated to be of the order of 10 MW.
本論文は、ヘリカル型核融合炉（ステラレーター）からのヘリウム灰除去の問題を扱う。この問題を解決するために、低混成（LH）波による灰イオンの加熱を提案する。カーニー（Karney）によって以前に開発されたイオン確率加熱の理論を、ステラレーターにおける加熱の場合に一般化する。LH波の伝播の特徴と、ステラレーター閉じ込め磁場中でのイオンの運動が考慮される。波のパラメータ（周波数、アンテナ位置、縦方向屈折率の初期スペクトル）を適切に選択することにより、LH波の遅いモードは、プラズマ周辺部からコア領域へ（およびその逆へ）運動論的モードや速いモードへの変換なしに伝播することができる。この場合、LH波はアルファ粒子（ヘリウム灰）によってのみ吸収される。電子ランダウ減衰は無視できるほど小さく、バルクイオンの確率加熱も生じない。ステラレーター型装置の一例として、磁気軸が内側にシフトしたLHDヘリオトロンを取り上げ、高エネルギー（>100 keV）イオンの運動を、修正されたカーニーのイオン確率加熱理論を組み込んだ単一粒子シミュレーションコードを用いて数値的に計算した。衝突の効果は、ローレンツ衝突演算子のモンテカルロ等価物を通じて考慮された。その結果、LH波との相互作用により、当初は良好に閉じ込められていたアルファ粒子が、衝突時間よりも短い時間スケールでプラズマ体積から排出されることが示された。同時に、低混成加熱は500 keVを超えるエネルギーを持つイオンを除去しない。したがって、このRF加熱法は、ステラレーター型炉におけるヘリウム灰除去に使用できる可能性がある。必要なLH波のパワーは、約10 MWのオーダーと推定される。