Here, we report on a study of seed plasmas produced by non-resonant 2.45 GHz microwave heating in Heliotron J, which is useful for plasma start-up by neutral beam injection (NBI) under the conditions of low beam power (<1 MW), low accerelation voltage (<30 kV) and small device size (∼1 m). The pre-ionization technique using the non-resonant heating produced the electron density in the order of 1017–1018 m−3 with the energy exceeds the CII ionization potential (30 eV). The existence of the relativistic electrons, which was essential to produce the seed plasmas, was confirmed experimentally during the pre-ionization phase by the synchrotron radiation and the hard x-ray emission measurements. The production mechanism of the relativistic electrons was considered to be stochastic interactions between the electrons and the microwave-frequency field. By optimizing the additional gas fueling during the microwave launch, a higher seed-plasma density more than 4 × 1018 m−3 was obtained, resulting that a rapid density evolution after NBI turn-on was successful even in the low NBI power (0.3 MW) condition. The seed plasmas produced by the pre-ionization method is useful to realize the plasma start-up under low absorption power condition in larger heliotron/stellarator devices such as perpendicular NBI in W7-X or deuterium NBI in LHD.
ここでは、ヘリオトロンJにおける非共鳴2.45 GHzマイクロ波加熱によって生成されたシードプラズマに関する研究について報告する。これは、低ビーム出力（<1 MW）、低加速電圧（<30 kV）、小型装置（∼1 m）の条件下での中性粒子ビーム入射（NBI）によるプラズマ立ち上げに有用である。非共鳴加熱を用いた予備電離技術により、CII電離エネルギー（30 eV）を超えるエネルギーを持つ、1017～1018 m−3のオーダーの電子密度が生成された。シードプラズマの生成に不可欠であった相対論的電子の存在は、予備電離段階においてシンクロトロン放射および硬X線放射測定によって実験的に確認された。相対論的電子の生成機構は、電子とマイクロ波周波数帯の電磁場との間の確率的相互作用であると考えられた。マイクロ波入射中の追加ガス供給を最適化することにより、4 × 1018 m−3を超えるより高いシードプラズマ密度が得られ、その結果、低NBI出力（0.3 MW）条件下でもNBI入射後の急速な密度上昇に成功した。予備電離法によって生成されたシードプラズマは、W7-Xにおける垂直NBIやLHDにおける重水素NBIなど、より大型のヘリオトロン/ヘリカル装置において、低吸収出力条件下でのプラズマ立ち上げを実現するために有用である。