Effectiveness of high harmonic electron cyclotron resonance heating (ECRH) was investigated by both experiments and ray-trace analyses. The conditions of both the EC wave injection and the magnetic field configuration were optimized in the large helical device. In the case of the second harmonic ordinary mode injection with a frequency of 77 GHz and with the optimized injection angle, about 30–40% absorption could be kept beyond the cut-off density of the second harmonic extraordinary (X2) mode, which is 3.7 × 1019 m−3. In the third harmonic X (X3) mode heating experiment, the dependence of the absorption rate on plasma density and temperature of the target plasma was precisely investigated and compared with the ray-trace (TRAVIS code) calculation. The calculation results of the absorption rate show fairly good agreement with the experimentally obtained ones on the plasma-parameter dependences. The maximum absorption rate in the X3 heating experiment attained approximately 40% around the electron density of 1.5 × 1019 m−3 and the electron temperature of 1.2 keV. Superposed stepwise injection from three gyrotrons with a total of 3 MW increased the central electron temperature to about 3.5 times of the initial target plasma temperature of 0.6 keV. This shows that the temperature increase improves the absorption rate of the subsequent injection.
高調波電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）の有効性を、実験と光線追跡解析の両方によって調査した。大型ヘリカル装置において、EC波の入射条件と磁場配位の両方を最適化した。周波数77 GHz、最適化された入射角での第2高調波Oモード入射の場合、第2高調波Xモード（X2モード）の遮断密度である3.7×10¹⁹ m⁻³を超えても、約30～40%の吸収率を維持できた。第3高調波Xモード（X3モード）加熱実験では、吸収率のプラズマ密度および温度への依存性を詳細に調べ、光線追跡解析（TRAVISコード）による計算と精密に比較した。吸収率の計算結果は、プラズマパラメータ依存性に関して実験結果と良好な一致を示した。X3モード加熱実験における最大吸収率は、プラズマ密度1.5×10¹⁹ m⁻³、電子温度1.2 keV付近で約40%に達した。3基のジャイロトロンから総出力3 MWを段階的に入射することで、初期ターゲットプラズマの電子温度0.6 keVを約3.5倍に上昇させた。このことは、温度上昇がその後の入射の吸収率を向上させることを示している。