The theoretical properties of electron Bernstein wave (EBW) plasma heating in the TJ-II stellarator are presented in this work. Previous studies carried out in this device have demonstrated that the O–X–B mode conversion at the fundamental electron cyclotron harmonic is the best scenario for plasma heating. This scheme presents high absorbed power for central densities above 1.2 × 1019 m−3 and has no upper density limit. In this paper, the ray tracing code TRUBA has been used in its non-relativistic modality to optimize the power injection position and to design a launching system that provides the optimum theoretical results. The main characteristics of the system, whose final design is based on the former calculations, are described. To explore the importance of relativistic effects and to compare them with the non-relativistic calculations, the weakly relativistic dispersion relation, valid for and thus suitable for EBW at low cyclotron harmonics, has been obtained and included in TRUBA. Although they are of little importance for the optimization calculations, the relativistic effects are shown to be not negligible both in the ray trajectories and in the power absorption estimations for temperatures above 1 keV.
本論文では、TJ-IIステラレータにおける電子バーンスタイン波（EBW）プラズマ加熱の理論的性質を提示する。本装置で実施されたこれまでの研究により、基本電子サイクロトロン高調波におけるO–X–Bモード変換がプラズマ加熱に最適なシナリオであることが実証されている。この方式は、中心密度が1.2 × 10¹⁹ m⁻³を超える場合に高い吸収電力を示し、密度上限が存在しない。本論文では、非相対論的モードでレイトレーシングコードTRUBAを用いて、電力入射位置の最適化と、理論的に最適な結果をもたらす入射システムの設計を行った。このシステムの主要な特性について、前述の計算に基づいて記述する。相対論的効果の重要性を検討し、非相対論的計算と比較するため、低サイクロトロン高調波におけるEBWに適用可能な弱相対論的分散関係を導出し、TRUBAに組み込んだ。最適化計算において相対論的効果はほとんど影響を及ぼさないものの、1 keVを超える温度領域では、レイ軌道および電力吸収の推定において無視できないことが示された。