We present observations of microwave diagnostics damage in three discharges employing third-harmonic X-mode electron cylcotron resonance heating (ECRH) at the ASDEX Upgrade tokamak. In all cases, the diagnostics damage is explainable in terms of a parametric decay instability (PDI), where an X-mode ECRH wave decays to two trapped upper hybrid (UH) waves near half the ECRH frequency, followed by secondary instabilities, which generate strong microwave signals near multiples of half the ECRH frequency that cause the damage. Trapping of the UH waves near half the ECRH frequency is necessary to reduce the ECRH power required for exciting the PDIs to a level attainable at ASDEX Upgrade, and may occur when the second-harmonic UH resonance of the ECRH waves is present in a region of non-monotonic electron density, e.g. near the O-point of a magnetohydrodynamic mode or the plasma center. The diagnostics damage in the three discharges may be attributed to PDIs occurring near the O-point of a rotating mode, near the plasma center, and near the O-point of a locked mode, respectively. In the rotating mode case, the strong signals are shown to be quasi-periodic, with spikes occurring when the O-point of the mode passes through an ECRH beam, as expected. In the locked mode case, Thomson scattering profiles demonstrate the possibility of the primary PDI occurring based on experimental data for the first time under fusion-relevant conditions. Applying the framework used for ASDEX Upgrade to the X-mode ECRH scenarios planned for the early operation phase of ITER, the PDIs are found to be likely in connection with 170 GHz ECRH of half field scenarios and 104 GHz (or 110 GHz) ECRH of one third field scenarios. Finally, several strategies for mitigating diagnostics damage are proposed.
我々は、ASDEX Upgradeトカマクにおいて、第三高調波Xモード電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）を用いた3回の放電におけるマイクロ波診断装置の損傷の観測結果を提示する。すべてのケースにおいて、診断装置の損傷はパラメトリック崩壊不安定性（PDI）によって説明可能であり、そこではXモードECRH波がECRH周波数の約半分の周波数を持つ2つの閉じ込められた上部混成（UH）波に崩壊し、続いて二次不安定性がECRH周波数の約半分の整数倍付近で強いマイクロ波信号を生成し、それが損傷を引き起こす。ECRH周波数の約半分におけるUH波の閉じ込めは、ASDEX Upgradeで達成可能なレベルまでPDI励起に必要なECRHパワーを低減するために必要であり、これはECRH波の第二高調波UH共鳴が非単調な電子密度分布領域に存在する場合に発生し得る。例えば、磁気流体力学モードのO点付近やプラズマ中心部である。3回の放電における診断装置の損傷は、それぞれ回転モードのO点付近、プラズマ中心部付近、およびロックモードのO点付近で発生したPDIに帰属できる。回転モードのケースでは、強い信号は準周期的であり、モードのO点がECRHビームを通過する際にスパイクが発生することが示された。ロックモードのケースでは、トムソン散乱プロファイルにより、核融合関連条件下で実験データに基づいて一次PDIの発生可能性が初めて実証された。ASDEX Upgradeに適用された枠組みをITERの初期運転フェーズで計画されているXモードECRHシナリオに適用すると、PDIは半磁場シナリオの170 GHz ECRHおよび1/3磁場シナリオの104 GHz（または110 GHz）ECRHに関連して発生する可能性が高いことが判明した。最後に、診断装置の損傷を軽減するためのいくつかの戦略が提案される。