The authors have written a code for the solution of the integro-differential equations describing coupling, propagation and absorption of high frequency waves in the ion cyclotron frequency range in tokamak plasmas, taking into account finite Larmor radius effects and parallel dispersion. The wave equations are discretized by a semi-spectral approach, using cubic Hermite finite elements in the radial direction and an expansion in Fourier modes in the poloidal direction. The latter permits analytic evaluation of the orbit integrals along magnetic field lines in the presence of a poloidal component of the static magnetic field. Thus, the code describes mode conversion to ion Bernstein waves, ion cyclotron damping at the fundamental and at the first harmonic, and electron transit time and Landau damping in full toroidal geometry. A few simulations of ion cyclotron heating of the ASDEX tokamak are presented. They show generally good agreement with the predictions of simpler models, namely plane layered models and ray tracing. Furthermore, the simulations can be used to identify a few interesting toroidal effects, particularly regarding the efficiency of mode conversion and the propagation of ion Bernstein waves.
著者らは、トカマクプラズマにおけるイオンサイクロトロン周波数帯の高周波波の結合、伝播、吸収を記述する積分微分方程式を解くためのコードを作成した。このコードは、有限ラーマー半径効果と平行分散を考慮している。波動方程式は半スペクトル法によって離散化され、動径方向には三次エルミート有限要素を、ポロイダル方向にはフーリエモード展開を用いる。後者により、静的磁場のポロイダル成分が存在する場合でも、磁力線に沿った軌道積分を解析的に評価することが可能となる。これにより、このコードは、イオンバーンスタイン波へのモード変換、基本波および第一次高調波におけるイオンサイクロトロン減衰、ならびに完全トロイダル幾何学における電子の通過時間減衰およびランダウ減衰を記述することができる。ASDEXトカマクのイオンサイクロトロン加熱に関するいくつかのシミュレーション結果を示す。それらは、平面層モデルや光線追跡法といった単純なモデルによる予測と概ね良好な一致を示す。さらに、これらのシミュレーションは、モード変換の効率やイオンバーンスタイン波の伝播に関するいくつかの興味深いトロイダル効果を特定するために用いることができる。