The performance of an ICRH system depends on the coupling capabilities of the antenna to the inhomogeneous plasma profile in front of it. The aim of this study is to understand the key physics phenomena contributing to the coupling. It is shown that the following plasma density profile characteristics are decisive: (i) distance between the antenna and the wave cutoff density, (ii) position of an optimum density with respect to the cutoff one and (iii) the density gradient leading from this optimum density to the plasma bulk. At each step of the analysis approximate relations are derived and the loading due to the plasma is compared with that of an isotropic dielectric medium in view of the application for modelling or dummy load testing. Examples are taken starting from the case of the projected ITER antenna array with its different phasing cases in front of the plasma edge profile used in the conceptual design phase. It is shown that, for the same antenna–cutoff distance, slight profile modifications can lead to substantial coupling and therefore power capability variations. Stronger profile modifications and some critically shaped resonant edge profiles are also analysed. The usefulness of a dielectric medium to simulate plasma loading is discussed in an appendix.
ICRHシステムの性能は、その前方の非一様なプラズマプロファイルに対するアンテナの結合能力に依存する。本研究の目的は、結合に寄与する主要な物理現象を理解することである。以下のプラズマ密度プロファイルの特性が決定的であることが示される：(i) アンテナと波動遮断密度との間の距離、(ii) 遮断密度に対する最適密度の位置、および(iii) この最適密度からプラズマ本体に至る密度勾配。各段階において近似解析が導出され、プラズマによる負荷は、モデリングまたはダミーロード試験への応用を考慮して、等方性誘電体媒質による負荷と比較される。例として、設計段階で使用されたプラズマエッジプロファイルの前方に配置された、想定されたITERアンテナアレイとその異なる位相設定の場合を取り上げる。同じアンテナ-遮断距離に対して、プロファイルのわずかな変更が結合およびそれによる電力容量の大きな変動をもたらすことが示される。より大きなプロファイル変更と、いくつかの臨界的に形成された共鳴エッジプロファイルも解析される。プラズマ負荷をシミュレートするための誘電体媒質の有用性について、付録で議論される。