Fast waves (FW) are a primary technique for heating and current drive (CD) on the proposed burning plasma device, International Tokamak Experimental Reactor (ITER) and lower hybrid (LH) waves are a candidate for edge current profile control. The models used to simulate these two waves rely on assumptions of Maxwellian populations that allow efficient analytic implementations of the plasma response, and in the case of the LH wave, the ray tracing models used are able to follow the very small wavelengths in a continuum manner without requiring a fine computational grid. Recent advances in algorithms and parallel computational methods have allowed these assumptions to be tested, permitting more accurate estimates of heating deposition and CD efficiencies in a burning plasma. Absorption by energetic particles for both waves can be significant, reducing electron heating and associated CD. Wave propagation and absorption are dependent on the velocity space distribution of particles in the plasma and geometric effects of focusing and diffraction. Fusion-born alpha particles and neutral beam ions may interact with these waves in a manner that cannot be accurately modelled by Maxwellian distributions. The AORSA2D code has been modified to use a generalized non-Maxwellian conductivity and applied to ITER reference scenarios. The effects of diffraction on LH waves in toroidal geometry are not well understood because computational limits have prohibited full-wave simulations at those small wavelengths. Simulations of LH waves have been restricted to WKB ray tracing techniques and one-dimensional full-wave in the past, but the availability of massively parallel architectures has made full-wave calculations using an electromagnetic field solver tractable. The TORIC code has been adapted to run on parallel architectures making it possible to resolve the slow electrostatic LH wave. We present full-wave simulations of LH slow and FW in toroidal geometry using a Maxwellian distribution with non-relativistic electron damping in Alcator C-Mod at values of (ωpe/ωce)2 comparable to those expected in the ITER device.
高速波（FW）は、提案中の燃焼プラズマ装置である国際熱核融合実験炉（ITER）における加熱および電流駆動（CD）の主要な手法であり、低混成波（LH）は周辺電流分布制御の候補である。これら2つの波動をシミュレーションするために用いられるモデルは、マクスウェル分布の仮定に依存しており、これによりプラズマ応答の効率的な解析的実装が可能となる。また、LH波の場合、用いられる光線追跡モデルは、非常に短い波長を連続体として追跡することができ、細かい計算格子を必要としない。アルゴリズムと並列計算手法の最近の進歩により、これらの仮定を検証することが可能となり、燃焼プラズマにおける加熱効率とCD効率のより正確な評価が可能となった。両波動とも、高エネルギー粒子による吸収が顕著であり得るため、電子加熱およびそれに伴うCDが低減する可能性がある。波動の伝播と吸収は、プラズマ中の粒子の速度空間分布、ならびに集束や回折といった幾何学的効果に依存する。核融合生成アルファ粒子や中性粒子ビーム入射によるイオンは、マクスウェル分布では正確にモデル化できない方法でこれらの波動と相互作用し得る。AORSA2Dコードは、一般化された非マクスウェル分布を扱うように修正され、ITER基準シナリオに適用されている。トロイダル幾何学におけるLH波の回折効果は、その短い波長のために全波動シミュレーションが計算量的に困難であり、十分に理解されていない。過去には、LH波のシミュレーションはWKB光線追跡法や1次元全波動法に限定されていたが、大規模並列計算アーキテクチャの利用可能性により、電磁場ソルバーを用いた全波動計算が実行可能となった。TORICコードは並列アーキテクチャ上で動作するように適応され、遅い静電LH波を分解することが可能となった。本論文では、ITER装置で予想される(ωpe/ωce)2の値に相当するAlcator C-Modの条件下で、マクスウェル分布と非相対論的電子減衰を用いた、トロイダル幾何学におけるLH低速波とFWの全波動シミュレーションを提示する。