Tokamaks are typically equipped with dual-frequency or even multi-frequency electron cyclotron resonance heating and current drive (CD) systems, with the 105/140 GHz dual-frequency system being a typical example. The dual-frequency system expands the range of toroidal magnetic fields applicable in tokamaks, enhancing its operational flexibility. However, different frequencies of electron cyclotron waves correspond to distinct magnetic field ranges, in most cases only one frequency is utilized. To enable the dual-frequency system to simultaneously and effectively drive off-axis currents near the mid-radii region of the tokamak to achieve negative central magnetic shear, this paper proposes a new CD scenario for dual-frequency electron cyclotron waves. Higher-frequency wave is launched from the top to drive off-axis currents in the mid-radii region, while lower-frequency wave is launched from the equatorial-plane to drive off-axis currents outside the mid-radii region. Based on this scenario, numerical simulations were conducted on the HL-3-like tokamak equipped with a 105/140 GHz dual-frequency system. The 140 GHz wave launched from the top effectively drive the off-axis currents in the mid-radii region via the Fisch–Boozer mechanism, exhibiting a wide current profile and high CD efficiency. The 105 GHz wave is launched through the equatorial-plane using the Ohkawa mechanism to drive off-axis currents outside the mid-radii region. Its CD profile is localized with lower efficiency. By scanning the toroidal field BT, the BT value range for both waves to effectively drive off-axis currents near the mid-radii region was determined to be: 2.1 T ⩽ BT ⩽ 2.35 T. Based on the characteristics of the current profiles, the power injection ratio between high-frequency and low-frequency wave should be greater than or equal to 2. Finally, the electron density and electron temperature ranges affecting this CD scenario were also studied and determined.
トカマクは通常、二周波数またはさらに多周波数の電子サイクロトロン共鳴加熱・電流駆動（CD）システムを備えており、105/140 GHz二周波数システムはその代表的な例である。二周波数システムは、トカマクに適用可能なトロイダル磁場の範囲を広げ、その運転柔軟性を高める。しかしながら、電子サイクロトロン波の異なる周波数はそれぞれ異なる磁場範囲に対応しており、ほとんどの場合、一方の周波数のみが利用される。二周波数システムが、トカマクの中間半径領域近傍でオフアクシス電流を同時かつ効果的に駆動し、負の中心磁気シアを実現できるようにするために、本論文は二周波数電子サイクロトロン波のための新しいCDシナリオを提案する。高周波数波は上方から入射され中間半径領域でオフアクシス電流を駆動し、低周波数波は赤道面から入射され中間半径領域外でオフアクシス電流を駆動する。このシナリオに基づき、105/140 GHz二周波数システムを備えたHL-3類似のトカマクにおいて数値シミュレーションが実施された。上方から入射された140 GHz波は、フィッシュ–ブーザー機構を介して中間半径領域でオフアクシス電流を効果的に駆動し、広い電流分布と高いCD効率を示す。105 GHz波は、大川機構を用いて赤道面から入射され、中間半径領域外でオフアクシス電流を駆動する。そのCD分布は局所的であり、効率は低い。トロイダル磁場BTを走査することにより、両波が中間半径領域近傍でオフアクシス電流を効果的に駆動するためのBT値範囲は、2.1 T ⩽ BT ⩽ 2.35 Tと決定された。電流分布の特性に基づき、高周波数波と低周波数波の間の電力投入比は2以上であるべきである。最後に、このCDシナリオに影響を与える電子密度および電子温度範囲も研究され、決定された。