A detailed linear and non-linear analysis of quasi-mode parametric excitations relevant to experiments in supplementary heating of tokamak plasmas is presented. The linear analysis includes the full ion-cyclotron harmonic quasi-mode spectrum. The non-linear analysis, considering depletion of the pump electric field, is applied to the recent Alcator A heating experiment. Because of the very different characteristics of a tokamak plasma near the wall (in the shadow of the limiter) and inside, the quasi-mode excitations are studied independently for the plasma edge and the main bulk of the plasma, and for two typical regimes in overall density, the low (peak in density, n0 = 1.5 × 1014 cm−3) and high (n0 = 5 × 1014cm−3)density regimes. At the edge of the plasma and for the low-density regime, it is found that higher nz(nz = c kz/ω) than those predicted by the linear theory are strongly excited. Inside the plasma, the excitation of higher wave numbers is also significant. These results indicate that a large amount of the RF-power may not penetrate to the plasma centre, but will rather be either Landau-damped on the electrons or mode-converted into thermal modes, close to the plasma edge. Moreover, for sufficiently high peaks in density, it is found that all the RF-power is mode-converted before reaching the plasma centre. Inside the plasma, the power density of the excited sideband fields is shown to be always very small in comparison with their excitation at the plasma edge.
本論文では、トカマクプラズマの追加加熱実験に関連する準モードのパラメトリック励起について、詳細な線形および非線形解析を提示する。線形解析には、完全なイオンサイクロトロン高調波準モードスペクトルが含まれる。ポンプ電場の消耗を考慮した非線形解析は、最近のAlcator A加熱実験に適用される。壁近傍（リミターの影部）のトカマクプラズマと内部の特性は大きく異なるため、準モード励起は、プラズマ周辺部と主要なプラズマ本体について別々に、また、全体の密度における2つの代表的な領域、すなわち低密度領域（ピーク密度n0 = 1.5 × 10^14 cm^-3）と高密度領域（n0 = 5 × 10^14 cm^-3）について調べられる。プラズマ周辺部および低密度領域では、線形理論で予測されるものよりも高いnz（nz = c kz/ω）が強く励起されることが見出された。プラズマ内部では、より高い波数の励起も重要である。これらの結果は、RFパワーの大部分はプラズマ中心部まで到達せず、プラズマ周辺部付近で電子へのランダウ減衰を受けるか、あるいは熱的モードへモード変換される可能性があることを示している。さらに、密度ピークが十分に高い場合、RFパワーは全て、プラズマ中心部に到達する前にモード変換されることが見出された。プラズマ内部では、励起されたサイドバンド場のパワー密度は、プラズマ周辺部での励起と比較して常に非常に小さいことが示される。