The combined theory of ion cyclotron wave coupling, mode conversion and absorption is developed for bounded inhomogeneous plasmas in slab geometry. The plasma response to the RF waves is described by the linearized Vlasov equation, with an equilibrium distribution function and a poloidal magnetic field profile which are selfconsistent solutions of the equilibrium Vlasov and Maxwell's equations. A general form of the wave equation, valid to arbitrary order in Larmor radius and including first order gradient terms, is derived. Expressions are also derived for the plasma intrinsic impedance. The wave equation, keeping second order terms in Larmor radius, is solved numerically for a plasma bounded by two conducting walls using the INTOR tokamak design parameters. It was found that the effect of the one-dimensional poloidal field is small. Also, a rough estimate of the error due to truncation to second order in Larmor radius was made and was found to be very small except in the high temperature regions. The effects of plasma boundedness and reflections from the mode conversion region on the coupling of waves from the RF source as a function of the plasma parameters and antenna spectra are studied. It is found that, at certain values of the plasma and antenna parameters, eigenmodes are formed, resulting in an increase in the loading impedance. It is verified that the impedance is not symmetric with respect to the spectrum in the poloidal direction, with highly peaked resonances. As the plasma temperature is increased, the resonances broaden and eventually disappear at very high temperatures. This is attributed to increased single pass absorption and decreasing reflection from the mode conversion region.
イオンサイクロトロン波の結合、モード変換、および吸収の統合理論が、スラブ幾何学における有界非均質プラズマに対して展開される。RF波に対するプラズマ応答は、平衡分布関数とポロイダル磁場分布が平衡Vlasov方程式およびMaxwell方程式の自己無撞着解であるような、線形化されたVlasov方程式によって記述される。ラーマー半径に関して任意の次数まで有効で、一次の勾配項を含む波動方程式の一般形が導出される。また、プラズマ固有インピーダンスの表式も導出される。ラーマー半径に関して二次の項まで保持した波動方程式が、INTORトカマク設計パラメータを用いて、二つの導体壁によって有界なプラズマに対して数値的に解かれる。一次元ポロイダル場の影響は小さいことが見出された。また、ラーマー半径に関して二次の次数で打ち切ることによる誤差の概算がなされ、高温領域を除いて非常に小さいことが見出された。プラズマの有界性とモード変換領域からの反射が、プラズマパラメータおよびアンテナスペクトルの関数としてのRF源からの結合に及ぼす影響が研究される。特定のプラズマパラメータおよびアンテナパラメータの値において、固有モードが形成され、その結果として負荷インピーダンスが増大することが見出される。インピーダンスはポロイダル方向のスペクトルに関して対称ではなく、鋭いピーク共鳴を示すことが検証される。プラズマ温度が上昇すると、共鳴は広がり、最終的には非常に高い温度で消滅する。これは、単一通過吸収の増大とモード変換領域からの反射の減少に帰属される。