This paper reports the significant advancement of our ability to model and to understand how RF waves interact with the SOL plasma, by developing for the full torus 3D scrape-off layer (SOL) plasma simulation together with the antenna and core plasma in the NSTX-U device in HHFW frequency regime for a cold plasma model. The present paper extends the previous modeling (Bertelli et al 2020 AIP Conf. Proc. 2254 030001) to a full 3D device geometry including realistic antenna geometry in order to capture a more realistic experimental situation including the fully 3D wave field effects and the antenna plasma interaction in the SOL plasma, and, at the same time, resulting core wave propagation. The central tool of the present work is the Petra-M code, which is a newly developed state-of-the-art generic electromagnetic simulation tool for modeling RF wave propagation based on MFEM (http://mfem.org), an open source scalable C++ finite element method library.
本論文は、冷プラズマモデルに対するHHFW周波数領域におけるNSTX-U装置のアンテナおよびコアプラズマとともに、全トーラス3次元スクレイプオフ層（SOL）プラズマシミュレーションを開発することにより、RF波がSOLプラズマとどのように相互作用するかをモデル化し理解する能力の大幅な進展を報告するものである。本論文は、従来のモデリング（Bertelli et al 2020 AIP Conf. Proc. 2254 030001）を、現実的なアンテナ形状を含む完全な3次元装置形状に拡張し、完全な3次元波動場効果およびSOLプラズマにおけるアンテナ-プラズマ相互作用を捉え、同時に結果として生じるコア波動伝搬を捉えるものである。本研究の中心的ツールはPetra-Mコードであり、これはオープンソースのスケーラブルなC++有限要素法ライブラリであるMFEM（http://mfem.org）に基づいてRF波動伝搬をモデル化するために新たに開発された最先端の汎用電磁気シミュレーションツールである。