Helicon waves have been recently proposed as an off-axis current drive actuator due to their expected high current drive efficiency in the mid-radius region in high beta tokamaks. This paper focuses on a numerical study to better understand effects of scrape-off-layer (SOL) turbulence on helicon wave propagation and absorption on the DIII-D tokamak using a recently developed helicon full-wave model with turbulent density inputs from synthetic single wavelength SOL turbulence and first-principles HERMES multi-wavelength turbulence models. With both input turbulence models, three key effects are observed: the helicon wave can scatter to undesirable locations in the plasma, large helicon wave electric fields can form in localized regions near the SOL turbulence, and the helicon wave can mode convert to slow waves in the SOL. This is shown to cause helicon wave refraction to undesirable locations and strong helicon wave absorption in the SOL resulting in significantly less helicon wave power in the core plasma. Using synthetic SOL turbulence, the simulations additionally show that high amplitudes and long wavelengths greater than a few cm on average have the largest effect on modifying the helicon wave propagation and absorption; the modeling predicts, for example, that approximately 60% of helicon power can be absorbed in the SOL for ñ/n ∼ 0.8 and lambda_perp ∼ 0.05 m. Several potential physical mechanisms that may explain the interaction of helicon waves with SOL turbulence in these simulations are discussed.
ヘリコン波は、高ベータトカマクにおける中半径領域での高い電流駆動効率が期待されるため、オフアクシス電流駆動アクチュエータとして最近提案されている。本論文は、最近開発されたヘリコン全波モデルに、合成単一波長SOL乱流および第一原理HERMES多波長乱流モデルからの乱流密度入力を用いて、DIII-Dトカマクにおけるスクレイプオフ層（SOL）乱流がヘリコン波の伝播と吸収に及ぼす影響をより深く理解するための数値研究に焦点を当てている。両方の入力乱流モデルにおいて、3つの主要な効果が観察される：ヘリコン波はプラズマ中の望ましくない位置へ散乱され得る、SOL乱流近傍の局所領域に大きなヘリコン波電場が形成され得る、そしてヘリコン波はSOL内で遅波にモード変換し得る。これにより、ヘリコン波の望ましくない位置への屈折と、SOLにおける強いヘリコン波吸収が引き起こされ、その結果、コアプラズマ中のヘリコン波パワーが大幅に減少することが示される。合成SOL乱流を用いたシミュレーションはさらに、高い振幅と平均で数cmを超える長波長が、ヘリコン波の伝播と吸収を変化させる上で最も大きな影響を持つことを示す；例えば、このモデリングは、ñ/n ∼ 0.8 および lambda_perp ∼ 0.05 m の場合、ヘリコンパワーの約60%がSOLで吸収され得ると予測する。これらのシミュレーションにおけるヘリコン波とSOL乱流との相互作用を説明し得るいくつかの潜在的な物理メカニズムについて議論する。