The edge confinement barrier of high-confinement mode (H-mode) plasma involves a variety of plasma waves alongside with fluid instabilities and collective particle transport during the barrier collapse. We demonstrate a new method of resolving the plasma waves by measuring the modulations embedded in the second harmonic electron cyclotron emission (ECE). Utilizing mm-wave heterodyne detection and fast digitization technologies on the KSTAR tokamak, we resolve not only the frequency spectrum but the wavenumber as well. At the plasma boundary during the barrier collapse, we observe multiple bursts of broadband whistler-frequency (<8 GHz) waves, together with intense narrowband emissions. The narrowband emissions exhibit rapid rising and falling tones within a few microseconds. Bispectral analyses reveal the existence of nonlinear interactions between the broadband and the narrowband waves, confirming their concurrence in the barrier zone. We estimate that the vertical wavenumber of the narrowband waves is comparable to that of a whistler wave, utilizing multiple mm-wave mixer channels. Our work opens a new experimental way to study wave–wave and wave–particle interactions in magnetically confined plasmas.
高约束模式（H-mode）プラズマの境界閉じ込め障壁には、多様なプラズマ波動が関与し、障壁崩壊時には流体不安定性や集団的粒子輸送とともに複数の波動現象が発生する。我々は、第二高調波電子サイクロトロン放射（ECE）に埋め込まれた変調を測定することにより、プラズマ波動を分解する新たな手法を実証した。KSTARトカマクにおいてミリ波ヘテロダイン検出と高速デジタイゼーション技術を活用し、周波数スペクトルだけでなく波数も分解することに成功した。境界障壁崩壊時には、広帯域ホイッスラー周波数（<8 GHz）の波動バーストが複数観測され、それに伴い強度の高い狭帯域放射も検出された。この狭帯域放射は、数マイクロ秒の時間スケールで急速な周波数の上昇と下降を示す。二重スペクトル解析により、広帯域波動と狭帯域波動の間に非線形相互作用が存在することが明らかになり、両者が障壁領域で同時に発生していることが確認された。さらに、複数のミリ波混合器チャネルを用いることで、狭帯域波動の垂直波数がホイッスラー波の波数と同程度であると推定された。本研究は、磁場閉じ込めプラズマにおける波動-波動および波動-粒子相互作用を実験的に研究する新たな道を開くものである。