The role played by electron density fluctuations near the plasma edge on rf current drive in tokamaks is assessed quantitatively. For this purpose, a general framework for incorporating density fluctuations in existing modelling tools has been developed. It is valid when rf power absorption takes place far from the fluctuating region of the plasma. The ray-tracing formalism is modified in order to take into account time-dependent perturbations of the density, while the Fokker–Planck solver remains unchanged. The evolution of the electron distribution function in time and space under the competing effects of collisions and quasilinear diffusion by rf waves is determined consistently with the time scale of fluctuations described as a statistical process.Using the ray-tracing code C3PO and the 3D linearized relativistic bounce-averaged Fokker–Planck solver LUKE, the effect of electron density fluctuations on the current driven by the lower hybrid (LH) and the electron cyclotron (EC) waves is estimated quantitatively. A thin fluctuating layer characterized by electron drift wave turbulence at the plasma edge is considered. The effect of fluctuations on the LH wave propagation is equivalent to a random scattering process with a broadening of the poloidal mode spectrum proportional to the level of the perturbation. However, in the multipass regime, the LH current density profile remains sensitive to the ray chaotic behaviour, which is not averaged by fluctuations. The effect of large amplitude fluctuations on the EC driven current is found to be similar to an anomalous radial transport of the fast electrons. The resulting lower current drive efficiency and broader current profile are in better agreement with experimental observations. Finally, applied to the ITER ELMy H-mode regime, the model predicts a significant broadening of the EC driven current density profile with the fluctuation level, which can make the stabilization of neoclassical tearing mode potentially more challenging.
トカマクにおけるrf電流駆動に対する電子密度揺動の役割を定量的に評価する。この目的のため、既存のモデリングツールに密度揺動を組み込むための一般的な枠組みを構築した。この枠組みは、rf電力吸収がプラズマの揺動領域から離れた場所で生じる場合に有効である。レイトレーシング形式は、密度の時間依存摂動を考慮するように修正される一方、フォッカー・プランクソルバーは変更されない。衝突と準線形拡散によるrf波の競合効果の下での電子分布関数の時間・空間発展は、統計的過程として記述される揺動の時間スケールと整合的に決定される。レイトレーシングコードC3POと3次元線形化相対論的バウンス平均フォッカー・プランクソルバーLUKEを用いて、低混成(LH)波および電子サイクロトロン(EC)波によって駆動される電流に対する電子密度揺動の影響を定量的に見積もった。プラズマ端部における電子ドリフト波乱流によって特徴づけられる薄い揺動層を考慮した。LH波伝播に対する揺動の影響は、摂動の大きさに比例するポロイダルモードスペクトルの広がりを伴うランダム散乱過程と等価である。しかし、多重通過領域では、LH電流密度分布は、揺動によって平均化されない光線のカオス的挙動に対して敏感なままである。EC駆動電流に対する大振幅揺動の影響は、高速電子の異常径方向輸送と類似していることが見出された。その結果生じる電流駆動効率の低下と電流分布の広がりは、実験観測とより良く一致する。最後に、ITERのELMy Hモード領域に適用した場合、本モデルは、揺動レベルに伴うEC駆動電流密度分布の顕著な広がりを予測し、これにより新古典テアリングモードの安定化がより困難になる可能性がある。