Spherical tokamaks (STs) have the advantage of high beta capability, but the realization of a compact reactor requires the elimination of the central solenoid (CS). The possibility of using the lower hybrid wave (LHW) to ramp up the plasma current (Ip) from zero to a high enough level required for fusion burn in ST is examined theoretically and experimentally. Excitation of a travelling fast wave (FW) by the combline antenna installed on TST-2 was confirmed by a finite element analysis, but efficient current drive requires excitation of the LHW, either directly by the antenna or by mode conversion from the FW. The analysis using the TORLH full-wave solver indicates that core current drive by LHW is possible in the low-density, low Ip plasma formed by electron cyclotron heating (ECH). It is important to keep the density low during Ip ramp-up, and the wavenumber must be reduced as Ip increases. Initial results from TST-2 demonstrate that RF power in the LH frequency range (200 MHz) can achieve initial Ip formation, and is more effective than ECH for further ramp-up of Ip. Ip ramp-up to over 12 kA was achieved by combining ramp-up of the externally applied vertical magnetic field and ramp-up of the RF power. The significant asymmetry observed between co-current drive and counter-current drive is attributed to the presence of RF driven current. An optimized LHW antenna with appropriate polarization and wavenumber spectrum controllability is being designed. The success of the TST-2 experiment would provide a scientific basis for quantitatively evaluating the required CS capability for a low-aspect-ratio reactor.
球状トカマク（ST）は高ベータ性能という利点を有するが、コンパクトな炉の実現には中心ソレノイド（CS）の除去が必要である。STにおいて核融合燃焼に必要な十分高いレベルまでプラズマ電流（Ip）をゼロから立ち上げるために低域混成波（LHW）を用いる可能性が、理論的および実験的に検討されている。TST-2に設置されたコンバインアンテナによる進行波（FW）の励起は有限要素解析によって確認されたが、効率的な電流駆動には、アンテナによる直接励起またはFWからのモード変換のいずれかによるLHWの励起が必要である。TORLHを用いたfull-wave解析により、電子サイクロトロン加熱（ECH）によって形成された低密度・低IpプラズマにおいてLHWによるコア電流駆動が可能であることが示されている。密度立ち上げ期間中は低密度を維持することが重要であり、Ipの増加に伴って波数を低減する必要がある。TST-2における初期結果は、LH周波数帯（200 MHz）のRFパワーが初期Ip形成を達成できること、およびその後のIp立ち上げに対してECHよりも効果的であることを実証している。外部印加垂直磁場の立ち上げとRFパワーの立ち上げを組み合わせることにより、12 kAを超えるIp立ち上げが達成された。コ駆動とカウンター駆動の間で観測された有意な非対称性は、RF駆動電流の存在に起因するものである。適切な偏波と波数スペクトル制御性を備えた最適化されたLHWアンテナが設計されている。TST-2実験の成功は、低アスペクト比炉に必要なCS能力を定量的に評価するための科学的根拠を提供するものである。