In the Large Helical Device (LHD), direct oblique launching of the fundamental extraordinary (X-) mode from the high magnetic field side (HFS) is available without installation of any additional launching equipment on the inner side wall of the torus. In the experiment, power absorption was observed in two separated regions by the X-mode launching. The central electron density was about 8% of the cutoff density. The result of numerical analysis with the ray-tracing calculation suggests that most power of the launched X-mode is damped out as the X-mode in the fundamental electron cyclotron resonance (ECR) layer before it reaches the upper hybrid resonance (UHR) layer where the electron Bernstein wave (EBW) occurs which is excited via the slow X (SX-) B mode conversion process. Only about 0.2% of the launched power is mode converted to the EBW and is then absorbed at a maximum. One of the two separated power absorption regions observed in the experiment agrees well with the power absorption region of the X-mode suggested by the ray tracing. The other one agrees well with that of the O-mode despite the setting of the X-mode launching. Supposedly mixed waves of the X- and the O-mode might be launched in the experiment. We assumed that the incident transverse electromagnetic waves in vacuum couple with the electromagnetic modes in the plasma at the last closed flux surface (LCFS). However, the coupling point was supposedly located outside the LCFS.For the few rays that can reach the UHR layer we have recognized that the parallel component of the refractive index N∥ becomes close to zero and power absorption as the X-mode weakens when the rays pass through the fundamental ECR layer. A numerical investigation assuming a higher central electron density, that is 23% of the cutoff density, suggests a scenario of effective EBW excitation. The ray that passes through the centre of the focused Gaussian beam launched from the HFS so that N∥ becomes close to zero near the ECR layer, Z can reach the UHR layer without being damped out and excite EBW. About 71% of power of the launched X-mode is mode converted to the EBW and absorbed in the Doppler-shifted ECR layer.Observation of the parametric decay waves suggests that the decay wave was excited in the 'exterior' UHR layer which is located outside the LCFS before the launched X-mode reaches the HFS. The combination of tunnelling, reflection and mode-coupling processes, the so-called 'Budden's problem', is suggested to occur in the evanescent region between the 'exterior' right handed cyclotron cutoff and the UHR layer outside the LCFS. The tunnelling rate should be considered for estimating the power that can penetrate inside the LCFS from the HFS, in particular in the higher density regime where the excitation of the EBW is expected.
大型ヘリカル装置 (LHD) では、トーラスの内側壁に追加の入射装置を設置することなく、高磁場側 (HFS) からの基本 extraordinary (X-) モードの直接斜め入射が可能である。実験では、Xモード入射により、分離した二つの領域で電力吸収が観測された。中心電子密度はカットオフ密度の約8%であった。レイトレーシング計算による数値解析の結果は、入射Xモードの電力の大部分が、遅いX (SX-) Bモード変換過程を介して励起される電子バーンスタイン波 (EBW) が発生する上部混成共鳴 (UHR) 層に到達する前に、基本電子サイクロトロン共鳴 (ECR) 層においてXモードとして減衰されることを示唆している。入射電力の約0.2%のみがEBWにモード変換され、その後最大で吸収される。実験で観測された分離した二つの電力吸収領域の一つは、レイトレーシングによって示唆されたXモードの電力吸収領域とよく一致する。もう一つは、Xモード入射の設定にもかかわらず、Oモードのそれとよく一致する。おそらく、実験ではXモードとOモードの混合波が入射された可能性がある。我々は、真空中の入射横電磁波が最終閉鎖磁気面 (LCFS) でプラズマ中の電磁モードと結合すると仮定した。しかし、結合点はおそらくLCFSの外側に位置していた。UHR層に到達できる少数の光線については、光線が基本ECR層を通過するとき、屈折率の平行成分 N∥ がゼロに近づき、Xモードとしての電力吸収が弱まることを我々は認識した。より高い中心電子密度、すなわちカットオフ密度の23%を仮定した数値調査は、効果的なEBW励起のシナリオを示唆する。集束ガウスビームの中心を通過し、ECR層近傍でN∥がゼロに近づくようにHFSから入射された光線Zは、減衰されることなくUHR層に到達し、EBWを励起することができる。入射Xモードの電力の約71%がEBWにモード変換され、ドップラーシフトしたECR層で吸収される。パラメトリック崩壊波の観測は、崩壊波が、入射XモードがHFSに到達する前に、LCFSの外側に位置する「外部」UHR層で励起されたことを示唆している。トンネリング、反射、モード結合過程の組み合わせ、いわゆる「バッデンの問題」は、LCFSの外側の「外部」右回りサイクロトロンカットオフとUHR層の間のエバネセント領域で発生することが示唆される。トンネリング率は、特にEBWの励起が期待される高密度領域において、HFSからLCFS内部に侵入できる電力を推定するために考慮されるべきである。