Using the outside launch with vertical polarization, electron cyclotron heating (ECH) experiments in DIII-D were carried out at 60 GHz at fundamental and second harmonic frequencies. The results are consistent with wave absorption theory for accessibility. For fundamental heating with a cut-off layer between the launch location and the resonant surface, good absorption efficiency was obtained. A process for mode conversion at the wall from the extraordinary mode to the ordinary mode is postulated to explain this result. For most efficient heating it was important to avoid the presence of a locked mode. For low density plasmas at the fundamental, the global energy confinement exceeds Kaye-Goldston scaling by about a factor of 1.4. However, heating at the second harmonic agrees numerically with the Kaye-Goldston scaling formula, for ECH alone or for ECH combined with neutral beam injection (NBI), and shows a mass dependence consistent with TE ∼ √Ai. The global energy increase was insensitive to the resonance location for qres < 2–3. Comparing data at both harmonics in the low density range, where the energy confinement of Ohmic plasmas satisfies neo-Alcator density scaling and Prf/Pohm > 1, global energy confinement scales as TE ∼ Bt−0.3. Since plasma current and plasma geometry were not varied for these discharges, a scaling with safety factor q is also consistent. Using ECH alone, H-mode confinement was achieved for second harmonic heating in the central core of the plasma at a power threshold of ∼0.75 MW for plasma parameters Ip = 0.5 MA, and e = 1.1 × 1019 m−3. The energy confinement times during the H-mode are similar to Ohmic values with a normalized confinement time τE/Ip ∼ 200 ms/MA. For ECH and NBI H-mode plasmas, the transition from the L-mode to the H-mode was correlated with reduced magnetic fluctuations in the divertor region. For ECH H-mode plasmas, transport analysis shows that (1) the H-mode obtained with ECH is accompanied by an improvement of the electron thermal diffusivity χe relative to the L-mode over at least part of the plasma, (2) the ion thermal diffusivity χi is larger than predicted by neoclassical theory for the L- and H-modes, and (3) χe is approximately equal to χi for the ohmically heated discharge and for the L-mode and H-mode discharges heated by ECH discussed in the paper.
垂直偏波を用いた外部入射により、DIII-Dにおける電子サイクロトロン加熱（ECH）実験を、基本周波数および第二高調波周波数で60 GHzにおいて実施した。結果は、到達可能性に関する波動吸収理論と一致する。入射位置と共鳴面の間に遮断層がある基本周波数加熱では、良好な吸収効率が得られた。この結果を説明するために、壁における異常波から正常波へのモード変換過程が仮定された。最も効率的な加熱のためには、ロックモードの存在を避けることが重要であった。基本周波数における低密度プラズマでは、全体のエネルギー閉じ込めはKaye-Goldstonスケーリングを約1.4倍上回った。しかしながら、第二高調波での加熱は、ECH単独またはECHと中性粒子ビーム入射（NBI）を組み合わせた場合において、数値的にKaye-Goldstonスケーリング式と一致し、TE ∼ √Ai と整合する質量依存性を示した。全体のエネルギー増加は、qres < 2–3 の範囲では共鳴位置に鈍感であった。オーミックプラズマのエネルギー閉じ込めがneo-Alcator密度スケーリングを満たし、Prf/Pohm > 1 となる低密度領域で両高調波のデータを比較すると、全体のエネルギー閉じ込めは TE ∼ Bt−0.3 としてスケーリングする。これらの放電ではプラズマ電流とプラズマ形状が変化しなかったため、安全係数 q によるスケーリングもまた整合的である。ECH単独を用いて、プラズマパラメータ Ip = 0.5 MA、e = 1.1 × 1019 m−3 において、プラズマ中心部での第二高調波加熱に対して約0.75 MWのパワー閾値でHモード閉じ込めが達成された。Hモード中のエネルギー閉じ込め時間は、規格化閉じ込め時間 τE/Ip ∼ 200 ms/MA でオーミック値と類似している。ECHおよびNBI Hモードプラズマにおいて、LモードからHモードへの遷移は、ダイバータ領域における磁気揺動の低減と相関があった。ECH Hモードプラズマについて、輸送解析により以下のことが示される。(1) ECHで得られたHモードは、プラズマの少なくとも一部において、Lモードと比較して電子熱拡散係数 χe の改善を伴う。(2) イオン熱拡散係数 χi は、LモードおよびHモードの両方において、新古典理論による予測よりも大きい。(3) χe は、オーミック加熱放電、および本論文で議論されるECH加熱によるLモードおよびHモード放電において、χi とほぼ等しい。