Focusing on the impact of hot plasma effects on electron cyclotron current drive (ECCD), this paper presents the numerical results of top launch ECCD (TL-ECCD) and outside midplane or equatorial-plane launch ECCD (EL-ECCD) in the HL-3-like tokamak plasmas. For EL-ECCD, there is little difference in the calculated results under the cold and hot plasma propagation models, and the results are not affected by the dominant current drive mechanism of EC waves. In the cases of TL-ECCD, the large initial parallel refraction makes the influence of hot plasma effects on ECCD become significant. In the range of toroidal magnetic fields BT discussed in this paper, the difference between the calculated results under the two propagation models rapidly decreases as the value of BT decreases, and the difference between the two is already very small in the range of 1.8 T ⩽ BT ⩽ 2.0 T. Therefore, the influence of hot plasma effects can also be neglected for TL-ECCD, and the cold plasma propagation model can be directly adopted. For the HL-3-like tokamak equipped with a dual-frequency EC wave system at 140 GHz and 105 GHz, if the addition of a TL-ECCD is considered in the existing outside midplane and upper launch manners, through appropriate combination of 140 GHz TL-ECCD and dual-frequency outside EL-ECCD, the ECCD can be used in a larger BT window (1.8 T ⩽ BT ⩽ 2.25 T) and a wider radial range (0.1 ⩽ ρ ⩽ 0.8–0.9) to generate current efficiently. The normalized current drive efficiency of the TL-ECCD is nonlinear with the injected EC power, it reaches the maximum at the injected power of 6–8 MW. This is of significance for the stable operation of HL-3-like tokamak with high plasma current above 1 MA.
電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)に対する熱プラズマ効果の影響に着目し、本論文はHL-3類似トカマクプラズマにおける上部入射ECCD(TL-ECCD)および外側中平面または赤道面入射ECCD(EL-ECCD)の数値結果を示す。EL-ECCDについては、冷プラズマと熱プラズマの伝搬モデルの下での計算結果にほとんど差がなく、その結果はEC波の支配的な電流駆動機構の影響を受けない。TL-ECCDの場合、大きな初期平行屈折率により、ECCDに対する熱プラズマ効果の影響が顕著になる。本論文で議論するトロイダル磁場BTの範囲では、2つの伝搬モデルの下での計算結果の差はBTの値が減少するにつれて急速に減少し、1.8 T ⩽ BT ⩽ 2.0 Tの範囲では両者の差はすでに非常に小さい。したがって、TL-ECCDに対しても熱プラズマ効果の影響を無視でき、冷プラズマ伝搬モデルを直接採用できる。140 GHzおよび105 GHzの二周波数EC波システムを備えたHL-3類似トカマクについて、既存の外側中平面および上部入射方式にTL-ECCDの追加を検討する場合、140 GHz TL-ECCDと二周波数の外側EL-ECCDを適切に組み合わせることにより、ECCDはより大きなBTウィンドウ(1.8 T ⩽ BT ⩽ 2.25 T)およびより広い動径範囲(0.1 ⩽ ρ ⩽ 0.8–0.9)で効率的に電流を生成するために使用できる。TL-ECCDの規格化電流駆動効率は入射ECパワーに対して非線形であり、入射パワー6–8 MWで最大に達する。これは、1 MAを超える高プラズマ電流を有するHL-3類似トカマクの安定運転にとって重要な意義を持つ。