This work presents a study of the interaction between radio frequency (RF) waves used for ion cyclotron resonance heating and the fast deuterium (D) and tritium (T) neutral Beam injected (NBI) ions in DT plasma. The focus is on the effects of this interaction, also referred to as synergistic effects, on the fusion performance in the recent JET DTE2 campaign. Experimental data from dedicated pulses at 3.43 T/2.3 MA heated at (i) 51.4 MHz, giving the central minority H and n = 2 D, and at (ii) 32.2 MHz for the central minority 3He and n = 2 T. Resonances are analysed and conclusions are drawn and supported by modelling of the synergistic effects. Modelling with transport code TRANSP runs with and without the RF kick operator predict a moderate increase, of about 10%, in DT rates for the case of the RF wave—fast D NBI ion interactions at the n = 2 harmonic of ion cyclotron resonance, and a negligible impact due to synergistic interaction between fast T NBI ions and RF waves. JETTO modelling gives a 29% enhancement in fusion rates due to the interction between RF waves and fast D NBI ions, and an 18% enhancement in fast T NBI ions. Analysis of experimental neutron rates compared to TRANSP predictions without synergistic effects and magnetic proton recoil neutron spectrometer indicate an enhancement of approximately 25%–28% in fusion rates due to RF interaction with fast D ions, and an enhancement of approximately 5%–8% when RF waves and fast T NBI ions are interacting. The contributions of various heating and fast ion sources are assessed and discussed.
本論文は、イオンサイクロトロン共鳴加熱に使用される高周波(RF)波と、DTプラズマ中の高速重水素(D)およびトリチウム(T)中性粒子ビーム入射(NBI)イオンとの間の相互作用の研究を提示する。焦点は、相乗効果とも呼ばれるこの相互作用が、最近のJET DTE2キャンペーンにおける核融合性能に及ぼす影響に置かれている。専用パルスからの実験データは、3.43 T/2.3 MAにおいて、(i) 51.4 MHzで加熱され、中心部の少数成分Hおよびn = 2 Dを与え、(ii) 32.2 MHzで中心部の少数成分3Heおよびn = 2 Tを与えるものである。共鳴が解析され、相乗効果のモデリングによって結論が導かれ、支持されている。輸送コードTRANSPを用いた、RFキック演算子の有無によるモデリングは、イオンサイクロトロン共鳴のn = 2高調波におけるRF波と高速D NBIイオンとの相互作用の場合にはDT率が約10%の緩やかな増加を示し、高速T NBIイオンとRF波との間の相乗的相互作用による影響は無視できるほどであることを予測する。JETTOモデリングは、RF波と高速D NBIイオンとの間の相互作用による核融合率の29%の増強、および高速T NBIイオンにおける18%の増強を与える。実験中性子率を、相乗効果を含まないTRANSP予測および磁気陽子反跳中性子分光器と比較した解析は、RF波と高速Dイオンとの相互作用による核融合率の約25%～28%の増強、およびRF波と高速T NBIイオンが相互作用する場合の約5%～8%の増強を示す。様々な加熱および高速イオン源の寄与が評価され、議論される。