This work presents a comprehensive account of the theory and implementation of a method for the self-consistent numerical analysis of plasma-facing ion-cyclotron resonance heating (ICRH) antenna arrays. The method is based on the integral-equation formulation of the boundary-value problem, solved via a weighted-residual scheme. The antenna geometry (including Faraday shield bars and a recess box) is fairly general and three-dimensional (3D), and the plasma is in the one-dimensional (1D) 'slab' approximation; finite-Larmor radius effects, as well as plasma density and temperature gradients, are considered. Feeding via the voltages in the access coaxial lines is self-consistently accounted throughout and the impedance or scattering matrix of the antenna array obtained therefrom. The problem is formulated in both the dual space (physical) and spectral (wavenumber) domains, which allows the extraction and simple handling of the terms that slow the convergence in the spectral domain usually employed. This paper includes validation tests of the developed code against measured data, both in vacuo and in the presence of plasma. An example of application to a complex geometry is also given.
本論文は、プラズマ対向イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）アンテナアレイの自己無撞着な数値解析手法の理論と実装について包括的に述べるものである。本手法は、重み付き残差法により解かれる境界値問題の積分方程式定式化に基づいている。アンテナ形状（ファラデーシールドバーおよび凹型ボックスを含む）は、かなり一般的な三次元（3D）形状を許容し、プラズマは一次元（1D）「スラブ」近似で表される。有限ラーマー半径効果、ならびにプラズマ密度勾配および温度勾配が考慮される。給電同軸線路内の電圧による励起は、全過程を通じて自己無撞着に取り扱われ、これによりアンテナアレイのインピーダンス行列または散乱行列が得られる。本問題は、物理空間（実空間）およびスペクトル（波数）領域の両方で定式化され、通常スペクトル領域で用いられる際に収束を遅らせる項の抽出と簡便な取り扱いを可能にする。本論文には、開発したコードの、プラズマ非存在下および存在下の両方における測定データに対する検証試験が含まれる。さらに、複雑な形状への適用例も示される。