A formation and confinement experiment for fast ions is performed using the ion cyclotron range of frequencies (ICRF) minority heating scheme with a proton minority and a deuteron majority in Heliotron J, a low-shear helical-axis heliotron. The effect of the magnetic configuration on the fast-ion confinement is one of the most important issues in helical devices. In this paper, the effect of bumpiness, one of the Fourier components of the field strength, on the trapped fast-ion confinement is clarified by using ICRF minority heating. The role of the bumpiness is a key issue for the design principle of the magnetic field of Heliotron J, where the particle confinement is controlled by the bumpiness. Here, the bumpiness or the bumpy ripple is defined by the Fourier harmonic ratio εb ≡ B04/B00 in (Mizuuchi T et al 2006 Fusion Sci. Technol.50 352), where B04 is the bumpy component and B00 is the averaged magnetic field strength. The proper bumpiness causes deeply trapped particles to be confined in the small grad-B region. High-energy ions are produced up to 10 keV by injecting an ICRF pulse into an electron cyclotron heating target plasma where ion temperature at the centre Ti(0) = 0.2 keV, electron temperature at the centre Te(0) = 0.8 keV and line-averaged electron density . For the study of the configuration dependence of the fast particle confinement, three configurations are selected; the bumpy ripples are 0.01, 0.06 and 0.15 at the normalized minor radius ρ = 0.67. The measured tail temperatures by using a charge-exchange neutral energy analyser are 1.10 keV, 0.88 keV and 0.50 keV for the ripples of 0.15, 0.06 and 0.01, respectively. The heating efficiency of the bulk ion is also better in the high bumpy case. A Monte-Carlo analysis also indicates good confinement of the high energy ions in the high bumpy case although the difference is not very large compared with the experiment.
高速イオンの生成および閉じ込め実験が、低シアのヘリカル軸ヘリオトロンJにおいて、陽子少数派および重水素多数派を用いたイオンサイクロトロン周波数帯（ICRF）少数派加熱方式により実施された。磁場配位が高速イオン閉じ込めに及ぼす影響は、ヘリカル装置における最も重要な課題の一つである。本論文では、磁場強度のフーリエ成分の一つであるバンピネスが捕捉高速イオンの閉じ込めに及ぼす影響が、ICRF少数派加熱を用いることにより明らかにされた。バンピネスの役割は、粒子閉じ込めがバンピネスによって制御されるヘリオトロンJの磁場設計原理における重要な課題である。ここで、バンピネスすなわちバンピーリップルは、(Mizuuchi T et al 2006 Fusion Sci. Technol.50 352) におけるフーリエ比 εb ≡ B04/B00 によって定義され、ここでB04はバンピー成分、B00は平均磁場強度である。適切なバンピネスにより、深く捕捉された粒子が小さなgrad-B領域に閉じ込められる。高エネルギーイオンは、中心部のイオン温度Ti(0) = 0.2 keV、中心部の電子温度Te(0) = 0.8 keV、線平均電子密度 の電子サイクロトロン加熱ターゲットプラズマにICRFパルスを入射することにより、最大10 keVまで生成された。高速粒子閉じ込めの配位依存性の研究のため、三つの配位が選択された。すなわち、規格化小半径ρ = 0.67におけるバンピーリップルは0.01、0.06、0.15である。荷電交換中性粒子エネルギー分析器を用いて測定されたテール温度は、リップル0.15、0.06、0.01に対してそれぞれ1.10 keV、0.88 keV、0.50 keVであった。バルクイオンの加熱効率も高いバンピー配位において優れている。モンテカルロ解析も、実験と比較してその差はそれほど大きくないものの、高いバンピー配位における高エネルギーイオンの良好な閉じ込めを示している。