During the initial experimental phase, LHD, a stellarator of the heliotron/torsatron variety presently under construction, will operate at a magnetic field lower than the nominal one. In this scenario, the frequency of the available gyrotrons (chosen in view of second harmonic heating at full field operation) will be resonant with the third or the fourth harmonic of the electron gyrofrequency. The aim of this article is to analyse the electron cyclotron resonance heating (ECRH) at these high harmonics. By using linear absorption theory, together with transport predictions, good absorption is found over a wide density range for third harmonic heating. In the case of the fourth harmonic, the conditions for absorption are considerably more critical, but non-negligible heating (single pass absorption ≳ 10%) is expected in very low density, high temperature target plasmas. Owing to the strong temperature dependence of the absorption mechanism, heating at higher harmonics presents some peculiar characteristics. Quasi-linear effects are found to improve the absorption properties (as compared with those of linear theory), and bifurcation phenomena, as well as a critical power threshold, might appear. The physical origin and the consequences of these effects are discussed.
初期実験段階において、現在建設中のヘリオトロン/トルサトロン型ステラレーターであるLHDは、定格値よりも低い磁場で運転される。このシナリオでは、利用可能なジャイロトロンの周波数（定格磁場運転時の第二高調波加熱を考慮して選定されたもの）は、電子サイクロトロン周波数の第三高調波または第四高調波と共鳴することになる。本論文の目的は、これらの高調波における電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）を解析することである。線形吸収理論と輸送モデルを組み合わせて用いることにより、第三高調波加熱では広い密度範囲にわたって良好な吸収が得られることが見出された。第四高調波の場合、吸収の条件はかなり厳しくなるが、非常に低密度で高温のターゲットプラズマにおいては、無視できない加熱（単一通過吸収率≧10％）が期待される。吸収機構の温度依存性が強いため、より高次の高調波加熱はいくつかの特異な特性を示す。準線形効果は（線形理論と比較して）吸収特性を改善することが見出され、また分岐現象と臨界パワー閾値が現れる可能性がある。これらの効果の物理的起源とその帰結について考察する。