This paper reports on the behaviour of high-energy ions created by ion cyclotron range of frequency (ICRF) heating on the Large Helical Device (LHD). In the third experimental campaign conducted in 1999, it was found that minority heating has good heating performance, and high-energy particles were observed. In the fourth campaign in 2000, the temporal behaviour of high-energy ions was investigated in the minority heating regime using turnoff or modulation of ICRF power. The time evolution of the high-energy particle distribution was measured using a natural diamond detector (NDD) and a time-of-flight neutral particle analyser (TOF-NPA). It was found that the count number of higher-energy particles declines faster than that of lower-energy particles after ICRF turnoff. In the modulation experiments, the phase difference of the flux of high-energy particles with respect to the ICRF power modulation increased with energy. These results were explained qualitatively by the Fokker-Planck equation with a simple model. The pitch-angle dependence of the distribution function was also measured in the experiment by changing the line of sight of the TOF-NPA, and an anisotropy of the high-energy tail was found. This anisotropy was reproduced by solving the bounce-averaged Fokker-Planck equation. The second harmonic heating was conducted successfully for the first time in the LHD in high-β plasma, and high-energy particles were also detected in this heating regime.
本論文は、大型ヘリカル装置（LHD）におけるイオンサイクロトロン周波数帯（ICRF）加熱によって生成された高エネルギーイオンの挙動について報告するものである。1999年に実施された第3次実験において、マイノリティ加熱が良好な加熱性能を有することが見出され、高エネルギー粒子が観測された。2000年の第4次実験では、ICRFパワーのターンオフまたは変調を用いて、マイノリティ加熱領域における高エネルギーイオンの時間的挙動が調査された。高エネルギー粒子分布の時間発展は、天然ダイヤモンド検出器（NDD）および飛行時間型中性粒子分析器（TOF-NPA）を用いて測定された。その結果、ICRFターンオフ後、高エネルギー粒子の計数率は低エネルギー粒子よりも速く減少することが見出された。変調実験においては、ICRFパワーに対する高エネルギー粒子フラックスの位相差がエネルギーとともに増加することが確認された。これらの結果は、単純なモデルを用いたフォッカー・プランク方程式によって定性的に説明された。また、TOF-NPAの視線方向を変更することにより、分布関数のピッチ角依存性が実験的に測定され、高エネルギー尾部における異方性が見出された。この異方性は、バウンス平均化されたフォッカー・プランク方程式を解くことによって再現された。さらに、高ベータプラズマ中のLHDにおいて第二高調波加熱が初めて成功裏に実施され、この加熱領域においても高エネルギー粒子が検出された。