Plasma heating in existing tokamak devices by electron cyclotron waves with frequency (f) significantly smaller than the electron gyrofrequency (fc) is investigated for the case of Maxwellian plasmas. It is shown that for central electron temperatures larger than 3 keV, strong absorption of extraordinary waves can occur at values of the toroidal field for which the condition f = fc is not satisfied in the plasma region. The cases of f = 60 GHz and f = 100 GHz are discussed for the PLT and TFTR devices as being representative of medium (≈30 kG) and high (≈50 kG) magnetic field tokamaks, respectively. Numerical calculations with a ray tracing code indicate that most of the RF energy is absorbed in a central plasma region. These results are of practical interest because they significantly simplify the main technical problem of ECH in a tokamak reactor, i.e. the development of high-frequency and high-power microwave sources.
既存のトカマク装置におけるプラズマ加熱を、周波数(f)が電子ジャイロ周波数(fc)よりも著しく小さい電子サイクロトロン波を用いて、マクスウェル分布プラズマの場合について調査した。中心電子温度が3 keVを超える場合、プラズマ領域において条件 f = fc が満たされないトロイダル磁場の値で、異常波の強い吸収が起こり得ることが示されている。f = 60 GHz および f = 100 GHz の場合について、それぞれ中程度(≈30 kG)および高磁場(≈50 kG)トカマクの代表例として、PLTおよびTFTR装置に関して議論する。レイトレーシングコードを用いた数値計算により、RFエネルギーの大部分が中心プラズマ領域で吸収されることが示される。これらの結果は、トカマク炉におけるECHの主要な技術的課題、すなわち高周波・高出力マイクロ波源の開発を大幅に簡素化するため、実用的に重要である。