A helicon wave current drive is proposed as an efficient off-axis current drive in the high electron β plasmas that are expected in fusion reactors. A high frequency helicon wave coupling was analyzed using the surface impedance at a plasma boundary. A slow wave coupling, which may compete with the helicon wave coupling at a frequency of 500 MHz, is estimated to be lower than the fast wave coupling by an order of magnitude in the KSTAR edge plasma density and in practical Faraday shield misalignment with the magnetic pitch. A traveling wave antenna, which is a two port combline antenna, was analyzed using a simplified lumped element model. The results show that the traveling wave antenna provides load resiliency because of its insensitivity to loading resistance, provided that the loading resistance at a radiating element is limited within a practical range. The combline antenna is attractive because it does not require a matching system and exhibits a high selectivity of parallel refractive index. Based on the analysis, a seven element combline antenna was fabricated and installed at an off-mid-plane offset of 30 cm from the mid-plane in KSTAR. The low power RF characteristics measured during several plasma discharges showed no evidence of slow wave coupling. This is consistent with the expectation made through the surface impedance analysis which predicted low slow wave coupling. The wave coupling to the plasma is easily controlled by a radial outer-gap control and gas puffing. No plasma confinement degradation was observed during the radial outer-gap control of up to 3 cm in H-mode discharges. In a ELMy plasmas, only a small reflection peak was observed during a very short portion of the ELM bursting period. If the number of radiating elements is increased for high power operation, then complete load resiliency can be expected. A very large coupling can be problematic for maintaining a parallel refractive index, although this issue can be mitigated by increasing the number of elements.
ヘリコン波電流駆動は、核融合炉で予想される高電子βプラズマにおける効率的なオフ軸電流駆動として提案されている。高周波ヘリコン波結合は、プラズマ境界における表面インピーダンスを用いて解析された。500 MHzにおいてヘリコン波結合と競合し得る遅波結合は、KSTAR端部プラズマ密度および磁気ピッチに対する実用的なファラデーシールドのずれにおいて、速波結合よりも一桁小さいと推定される。進行波アンテナは2ポートのコンブラインアンテナであり、簡略化された集中定数モデルを用いて解析された。その結果、進行波アンテナは、放射素子における負荷抵抗が実用的な範囲内に制限される場合、負荷抵抗に対する非感受性により負荷耐性を提供することが示された。コンブラインアンテナは、整合システムを必要とせず、平行屈折率の高い選択性を示すため、魅力的である。この解析に基づき、7素子コンブラインアンテナが製作され、KSTARにおいてミッドプレーンから30 cmオフセットした位置に設置された。複数のプラズマ放電中に測定された低電力RF特性は、遅波結合の証拠を示さなかった。これは、低い遅波結合を予測した表面インピーダンス解析による予想と一致する。プラズマへの波結合は、径方向外側ギャップ制御およびガス入射によって容易に制御された。Hモード放電における最大3 cmの径方向外側ギャップ制御中に、プラズマ閉じ込めの劣化は観測されなかった。ELMyプラズマにおいて、ELMバースト期間の非常に短い部分でのみ、小さな反射ピークが観測された。高出力運転のために放射素子数を増加する場合、完全な負荷耐性が期待できる。非常に大きな結合は平行屈折率の維持にとって問題となり得るが、この問題は素子数を増加することで緩和できる。