Lower hybrid current drive (LHCD) is beneficial for developing a steady-state operation scenario in a tokamak. This paper conducts a modeling investigation to identify an optimum rotation angle of the initial lower hybrid perpendicular (to the background magnetic field ) wavevector for best matching the experimental RF current profile. It is hypothesized that central RF power deposition widely observed in the present-day LHCD experiments arises from wave scattering by turbulence. In a standard model without considering such interactions, the predicted power deposition profile is generally broad with off-axis peaking, not in agreement with experimental observations. A heuristic approach is adopted by introducing a spectral broadening mechanism by modifying the initial orientation of the perpendicular wavevector. The ray-tracing/Fokker–Planck solver GENRAY/CQL3D is utilized within the python-based π-scope framework. A focus is given to identify the perpendicular wavenumber orientation angle with respect to the magnetic surface normal vector at the initial ray location. Our modeling study shows that rotating the perpendicular wavevector in such a way as to increase the initial poloidal component is effective in reproducing the centrally peaked current profile observed in normal shear plasmas on both EAST and C-Mod. These waves can readily be absorbed to the central plasma, which reduces the sensitivity of the power deposition profile to a slight change of the plasma condition. The same approach is also found to help broaden the off-axis power deposition profile in a reverse-shear EAST plasma, leading to a better agreement with the experiment. The results presented here suggest that spectral modification arising from edge density fluctuations in a tokamak may need to be considered in understanding wave propagation and absorption. A further experimental and theoretical/modeling study is vital as a reverse approach is adopted in this study. Our work suggests that mitigation or control measures are critical for parasitic effects occurring on the first pass in a reactor regime.
低域混成波電流駆動（LHCD）は、トカマクにおける定常運転シナリオの開発に有益である。本論文では、実験的なRF電流分布に最もよく一致する、初期の低域混成波の（背景磁場に対する）垂直波数の最適な回転角を特定するためのモデリング調査を行う。現在のLHCD実験において広く観測される中心部でのRFパワー堆積は、乱流による波動散乱に起因すると仮定される。このような効果を考慮しない標準的なモデルでは、予測されるパワー堆積分布は一般に広がりを持ち、オフセンターでピークを示すため、実験観測と一致しない。本手法では、垂直波数の初期方向を修正することによりスペクトル広がり機構を導入する、経験的アプローチを採用する。pythonベースのπ-scopeフレームワーク内で、光線追跡／フォッカー・プランクソルバーであるGENRAY/CQL3Dを利用する。特に、初期光線位置における磁気面法線ベクトルに対する垂直波数の方向角の特定に焦点を当てる。我々のモデリング研究は、初期のポロイダル成分を増大させるように垂直波数を回転させることが、EASTおよびC-Modの両方における通常シアプラズマで観測される中心ピーク型電流分布を再現するのに有効であることを示している。これらの波は中心部で容易に吸収され得るため、パワー堆積分布のプラズマ条件のわずかな変化に対する感度が低減される。同様のアプローチは、逆シアEASTプラズマにおけるオフセンターのパワー堆積分布を広げるのにも有効であり、実験との良好な一致が得られる。ここで提示された結果は、トカマクにおけるエッジ密度乱流に起因するスペクトル変調が、波動の伝播と吸収を理解する上で考慮される必要があることを示唆している。さらに、本研究で採用された逆アプローチは、実験的・理論的／モデリング研究として重要である。我々の研究は、炉心プラズマ条件における第一通過時の寄生効果に対する緩和または制御手段が重要であることを示している。