The three-dimensional structure of ICRF (Ion Cyclotron Range of Frequency) waves in a tokamak plasma is investigated. In a two-ion-species plasma (majority deuterium and minority hydrogen) with radial density inhomogeneity, the wave equation is solved numerically by employing a cold-plasma approximation. The plasma is immersed in a toroidal magnetic field with a gradient and is surrounded by the vacuum region and the conducting wall. Waves are launched by a Faraday-shielded poloidal-current antenna of finite extent in toroidal and poloidal directions. The wave field and the energy deposition profile are obtained by introducing a simple model for the collision. The wave accessibility condition is examined for plasma parameters and density profiles. In a cold-fluid approximation, two mechanisms of power absorption, i.e. two-ion hybrid resonance and cavity resonance, are found, and the differences between them are studied. The antenna loading impedance is also calculated for each case. High-and low-field-side excitations are compared. Non-plasma losses at the wall are considered in obtaining the coupling efficiency. Good coupling conditions and desirable antenna designs are also discussed. It is found that efficient coupling is expected in a wide range of plasma parameters.
トカマクプラズマにおけるICRF（イオンサイクロトロン周波数帯）波の三次元構造を調査する。2種イオン種プラズマ（主要イオンが重水素、副イオンが水素）において、径方向の密度不均一性を考慮し、冷プラズマ近似を用いて波動方程式を数値的に解く。プラズマは勾配を有するトロイダル磁場中に置かれ、真空領域と導体壁に囲まれている。波動は、トロイダル方向およびポロイダル方向に有限の広がりを持つファラデーシールド付きアンテナによって励起される。衝突過程を簡略化したモデルを導入し、波動場とエネルギー吸収分布を求める。波動の到達可能性条件をプラズマパラメータおよび密度分布に対して調べる。冷流体近似の枠組みにおいて、2つの電力吸収機構、すなわち2イオン種混成共鳴と空洞共鳴が特定され、それらの差異を検討する。アンテナの負荷インピーダンスも各場合について計算する。高磁場側および低磁場側からの励起を比較する。結合効率の評価においては、壁における非プラズマ損失を考慮する。良好な結合条件と望ましいアンテナ設計についても議論する。広範囲のプラズマパラメータにおいて効率的な結合が期待できることが見出された。