Helicon waves have been recently proposed as an off-axis current drive actuator due to their expected high current drive efficiency in the mid-radius region in high beta tokamaks. This current drive efficiency has mostly been calculated ignoring the effects of the plasma in the scrape-off-layer (SOL) in the modeling. The net core current drive efficiency will decrease if helicon power is lost to the SOL. Previous efforts to estimate the loss of helicon power in the SOL have used the hot plasma code AORSA. The large computational cost of AORSA prevents large parametric scans, so to further the understanding of helicon power loss in the SOL, a reduced finite element, full wave plasma model with effective collision frequency for collisional and Landau damping has been developed to study the helicon wave power lost to the SOL. It will be shown that the reduced finite element model (FEM) can reproduce the magnitude and trends of helicon ∣E∣ field patterns and power loss in the SOL of the hot plasma AORSA model. The reduced FEM provides significant advantages over AORSA in reducing the computational time and memory requirements, and in simulating arbitrary tokamak vessel geometry. Parametric scans of antenna parallel refractive index, antenna location, minimum SOL density, SOL density gradient, and vacuum vessel geometry will be carried out to determine the dependencies of the helicon power lost to the SOL as a function of important parameters. The helicon cutoff density is shown to be an important quantity in determining helicon power lost to the SOL. Losses due to antenna loading and wave accessibility are also observed at different antenna and plasma parameters.
ヘリコン波は、高ベータトカマクにおける中間半径領域での高い電流駆動効率が期待されることから、非軸対称電流駆動アクチュエータとして最近提案されている。この電流駆動効率は、これまで主にモデリングにおいてスクレイプオフ層（SOL）におけるプラズマの影響を無視して計算されてきた。ヘリコン電力がSOLへ損失すると、正味のコア電流駆動効率は低下する。SOLにおけるヘリコン電力損失を推定するこれまでの試みでは、高温プラズマコードAORSAが用いられてきた。AORSAの計算コストが高いため大規模なパラメータスキャンは困難であり、SOLにおけるヘリコン電力損失の理解をさらに進めるために、衝突減衰およびランダウ減衰に対する実効衝突周波数を備えた低次元化有限要素・全波プラズマモデルが開発され、SOLへ損失するヘリコン波電力を研究するために用いられた。低次元化有限要素モデル（FEM）が、高温プラズマモデルAORSAのSOLにおけるヘリコン｜E｜場の分布と電力損失の大きさおよび傾向を再現できることが示される。低次元化FEMは、AORSAと比較して計算時間とメモリ要件を大幅に削減し、任意のトカマク容器形状をシミュレーションする上で大きな利点を提供する。アンテナの平行屈折率、アンテナ位置、最小SOL密度、SOL密度勾配、および真空容器形状のパラメータスキャンが実施され、重要なパラメータの関数としてSOLへのヘリコン電力損失の依存性が決定された。ヘリコン遮断密度は、SOLへのヘリコン電力損失を決定する上で重要な量であることが示される。また、アンテナ負荷と波動の到達性による損失が、異なるアンテナおよびプラズマパラメータにおいて観測される。