The Stellarator de Costa Rica 1 (SCR-1) is a small modular stellarator that serves as a valuable research and training tool for plasma magnetic confinement. This study aimed to analyze the characteristics of SCR-1, including its peripheral systems, technical plasma discharge processes, and advancements in plasma characterization. In addition, this study explored a new heating mechanism and the factors that influence it. The current state of the device and plasma discharge are initially presented. Subsequently, the measurement process was utilized to determine the electronic density and plasma temperature using a single Langmuir probe and the results were compared with theoretical predictions based on the particle and energy balance. Additionally, the VMEC code was employed to calculate magnetic flux surfaces with characteristics such as a low aspect ratio, low beta parameter, negative magnetic shear, and decreasing rotational transform along magnetic flux surfaces. The Mercier criterion was employed to conduct a linear stability analysis, which identified a magnetic well that played a crucial role in the linear stability of the majority of magnetic flux surfaces. Feasibility studies of electron Bernstein waves (EBW) were conducted using the IPF-FMDC full-wave code. The results obtained from the IPF-FMDC full-wave code revealed that the O-X conversion percentage reached a maximum of 63% when considering radiation reflection in the vacuum vessel. Significant effects of plasma curvature on the O-X wave conversion and normalized electron density scale length were observed, while the change in the SCR-1 heating position did not produce a significant impact. Three damping mechanisms affecting O-X conversion were studied, and one of the principal effects was the SX-FX conversion due to steep electron density gradient. Additionally, stochastic electron heating showed a low electron field amplitude, which is important for limiting the EBW propagation.
Stellarator de Costa Rica 1 (SCR-1) は、プラズマ磁気閉じ込めのための貴重な研究・訓練ツールとして機能する小型モジュール式ステラレーターである。本研究は、SCR-1 の特性、その周辺システム、技術的プラズマ放電プロセス、およびプラズマ特性評価の進展を分析することを目的とした。さらに、本研究は新しい加熱メカニズムとそれに影響を与える要因を調査した。まず、装置とプラズマ放電の現在の状態が示される。続いて、単一ラングミュアプローブを用いて電子密度とプラズマ温度を決定する測定プロセスを利用し、その結果を粒子およびエネルギー収支に基づく理論的予測と比較した。さらに、VMECコードを用いて、低アスペクト比、低ベータパラメータ、負の磁気シア、および磁気面に沿って減少する回転変換といった特性を持つ磁気面を計算した。メルシエ規準を用いて線形安定性解析を実施し、その解析により、ほとんどの磁気面の線形安定性において重要な役割を果たす磁気井戸が特定された。電子バーンスタイン波 (EBW) の実現可能性調査は、IPF-FMDC 全波コードを用いて実施された。IPF-FMDC 全波コードから得られた結果は、真空容器内の放射反射を考慮すると、O-X 変換率が最大 63% に達することを示した。プラズマ曲率が O-X 波変換および規格化電子密度スケール長に及ぼす有意な影響が観察された一方、SCR-1 の加熱位置の変更は有意な影響を及ぼさなかった。O-X 変換に影響を与える3つの減衰機構が研究され、主要な効果の1つは、急峻な電子密度勾配による SX-FX 変換であった。さらに、確率的電子加熱は低い電子場振幅を示し、これは EBW 伝搬を制限する上で重要である。