The HL-2M tokamak is a new medium-sized tokamak at SouthWestern Institute of Physics. Two of its key missions are to achieve 10 keV ion temperature and investigate the behavior of energetic particles relevant to burning plasmas. A 6 MW ion cyclotron range of frequencies (ICRF) heating power is embedded in the next upgrade program of HL-2M. In order to facilitate the engineering design of the ICRF system, this paper analyses the main ICRF heating schemes for HL-2M, in terms of ion heating and energetic ion generation in particular. D(H) minority heating and the 2nd harmonic D will act as the main ion heating schemes, for which the optimal RF frequency range 27–33 MHz, antenna parallel wavenumber k// ∼ 8 m−1 are proposed and strong single pass absorption is expected under typical HL-2M plasma parameters. Full wave simulations carried out via TORIC/steady-state Fokker–Planck quasilinear solver and TRANSP codes suggest that by adopting three ion scheme or synergetic heating on neutral beam injection D ions by the 2nd harmonic D, energetic ions with energy at MeV level can be produced. This study shows that ICRF heating could play significant roles in ion heating, energetic ion generation in HL-2M.
HL-2Mトカマクは、南西部物理研究所にある新しい中型トカマクである。その主要な任務の2つは、10 keVのイオン温度を達成し、燃焼プラズマに関連する高エネルギー粒子の挙動を調査することである。6 MWのイオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱電力は、HL-2Mの次のアップグレード計画に組み込まれている。ICRFシステムの工学的設計を容易にするために、本論文では、特にイオン加熱と高エネルギーイオン生成の観点から、HL-2Mの主要なICRF加熱スキームを分析する。D(H)少数加熱と第2高調波Dが主要なイオン加熱スキームとして機能し、そのために最適なRF周波数範囲27–33 MHz、アンテナ平行波数k// ∼ 8 m−1が提案され、典型的なHL-2Mプラズマパラメータの下で強い単一通過吸収が期待される。TORIC/定常フォッカー・プランク準線形ソルバーおよびTRANSPコードを用いて実行された全波シミュレーションは、3イオンスキームまたは第2高調波Dによる中性粒子ビーム入射Dイオンの相乗加熱を採用することにより、MeVレベルのエネルギーを持つ高エネルギーイオンが生成され得ることを示唆している。この研究は、ICRF加熱がHL-2Mにおけるイオン加熱と高エネルギーイオン生成において重要な役割を果たし得ることを示している。