The problem of lower hybrid (LH) wave excitation and current drive (CD) in tokamaks with a small aspect ratio (spherical tokamaks) is discussed. It is proposed to solve this problem by exciting the waves slowed down in the poloidal rather than the toroidal direction. As a result, due to the strong poloidal inhomogeneity of the magnetic field in spherical tokamaks, even the waves with comparatively weak slowing down (N ≈ 3–5) excited by a waveguide antenna in the equatorial plane can penetrate into the dense plasma and be absorbed via the Landau mechanism. This approach was applied for modeling the LHCD experiments in the low aspect ratio tokamak Globus-M (R = 0.36 m, a0 = 0.24 m, B0 = 0.4 T, Ip = 0.25 MA, vertical elongation k = 1.6, operating frequency 2.45 GHz). The modeling was carried out using four independent codes: (i) the self-consistent antenna coupling code GRILL3D, (ii) the ray-tracing code incorporating a specially developed ray-tracing technique including some corrections necessary in strongly inhomogeneous plasma, (iii) the 2D full-wave code WAVETOP2D and (iv) the Fokker–Plank code combined with the ray-tracing code allowing simulation of the driven current density profile. The results of simulations were cross-checked and appeared to be in a good agreement. It was demonstrated that the proposed scenario provides a possibility for the efficient LHCD in a spherical tokamak.
小アスペクト比トカマク（球状トカマク）における低ハイブリッド（LH）波の励起と電流駆動（CD）の問題について議論する。この問題を解決するために、ポロイダル方向ではなくトロイダル方向に減速された波を励起することが提案されている。その結果、球状トカマクにおける磁場の強いポロイダル方向の不均一性により、赤道面の導波管アンテナによって励起された比較的弱い減速（N ≈ 3–5）の波であっても、高密度プラズマ中に浸透し、ランダウ機構を介して吸収され得る。このアプローチは、低アスペクト比トカマクGlobus-M（R = 0.36 m、a₀ = 0.24 m、B₀ = 0.4 T、Ip = 0.25 MA、垂直伸長κ = 1.6、動作周波数2.45 GHz）におけるLHCD実験のモデリングに適用された。モデリングは4つの独立したコードを用いて実施された：（i）アンテナ結合コードGRILL3D、（ii）強く不均一なプラズマ中で必要な補正を組み込んだ特別に開発された光線追跡法を組み込んだ光線追跡コード、（iii）2次元波動コードWAVETOP、および（iv）光線追跡コードと組み合わせて駆動電流密度分布のシミュレーションを可能にするフォッカー・プランクコード。シミュレーション結果は相互検証され、良好な一致を示した。提案された手法が球状トカマクにおける効率的なLHCDを実現できることが実証された。