The breakdown by the 2nd electron cyclotron harmonic microwaves is studied theoretically, with a particular regard to the geometry and experimental set-up of the L-2M stellarator. The collisionless time-averaged electron dynamics in a microwave field is re-examined. There is a widespread opinion that breakdown in stellarators and tokamaks is governed by deeply trapped electrons that undergo nonlinear regime of energy oscillation. Our analysis has shown that there exist four groups of electrons differing by the scale of energy oscillation, and that all these groups participate in the breakdown, although with different roles. We have determined the boundaries of all groups in the 2D parametric space, their relative population and the rate of energy gain. This allowed us to find out which of the groups is actually responsible for the electron avalanche onset near the magnetic axis and how the breakdown expands then across the magnetic surfaces. Theoretical estimates show good agreement with the L-2M experimental results.
2次電子サイクロトロン高調波マイクロ波による絶縁破壊を理論的に研究し、L-2Mステラレーターの幾何学的形状と実験装置構成に特に注目した。マイクロ波場における無衝突時間平均電子動力学を再検討した。ステラレーターおよびトカマクにおける絶縁破壊は、非線形エネルギー振動領域を経験する深く捕捉された電子によって支配されるという見解が広く存在する。我々の解析により、エネルギー振動スケールが異なる4つの電子群が存在し、これらの群すべてが異なる役割を担いながら絶縁破壊に関与することが示された。我々は、2次元パラメータ空間における全群の境界、それらの相対的な存在量、およびエネルギー獲得率を決定した。これにより、磁気軸近傍での電子雪崩の開始に実際に寄与する群を特定し、その後、絶縁破壊が磁気面を横切ってどのように拡大するかを明らかにすることができた。理論的推定はL-2Mの実験結果と良好な一致を示す。