For the first time, a three-dimensional (3D) simulation of the minority ion heating scenario with ion cyclotron waves on the CN-H1 stellarator was performed using the LEMan code, the full wave solver inside the SCENIC ICRH package. The simulation results provide a reasonable explanation for the edge-peaked electron temperature profile observed in ion cyclotron resonance heating (ICRH) experiments on the original H-1 heliac. A new ICRH scheme for effective ion heating in the CN-H1 stellarator is also proposed. In this scheme, the plasma density near the antenna is increased, the wave frequency is adjusted to match the on-axis cyclotron resonance, and the minority ion concentration is selected within an optimal range of 10%–20%, considering the influences of the left-handed electric field and the number of resonant ions. The simulation results imply that the fast wave can tunnel through the evanescent region into the plasma, leading to effective ion absorption at the resonant surface, where the ion absorption fraction exceeds that of electrons. Meanwhile, significant toroidal variations exist in ICRH due to the unique non-axisymmetric configuration of CN-H1. This research focuses on the unique 3D configuration and parameter characteristics of the CN-H1 stellarator, providing a new improved ICRH scheme and parameter reference for upcoming ICRH experiments.
初めて、CN-H1ステラレーターにおけるイオンサイクロトロン波を用いた少数イオン加熱シナリオの三次元（3D）シミュレーションが、SCENIC ICRHパッケージ内の全波ソルバーであるLEManコードを用いて実行された。シミュレーション結果は、元のH-1ヘリアックにおけるイオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）実験で観測されたエッジピーク型電子温度分布に対して合理的な説明を与える。また、CN-H1ステラレーターにおける効果的なイオン加熱のための新しいICRHスキームも提案されている。このスキームでは、アンテナ近傍のプラズマ密度を増加させ、波動周波数を軸上のサイクロトロン共鳴に一致するように調整し、少数イオン濃度は左回り電場の影響と共鳴イオン数を考慮して10%–20%の最適範囲内で選択される。シミュレーション結果は、高速波がエバネッセント領域をトンネルしてプラズマ内部に入り、共鳴表面での効果的なイオン吸収をもたらすことを示唆しており、そこではイオン吸収率が電子のそれを上回る。一方、CN-H1の独特な非軸対称配位により、ICRHには有意なトロイダル方向の変動が存在する。本研究は、CN-H1ステラレーターの独特な3D配位とパラメータ特性に焦点を当てており、今後のICRH実験に向けた新しい改良されたICRHスキームとパラメータ参照を提供する。