The electron Bernstein wave (EBW) is typically the only wave in the electron cyclotron (EC) range that can be applied in spherical tokamaks for heating and current drive (H&CD). Spherical tokamaks (STs) operate generally in high-β regimes, in which the usual EC O- and X-modes are cut off. In this case, EBWs seem to be the only option that can provide features similar to the EC waves—controllable localized H&CD that can be used for core plasma heating as well as for accurate plasma stabilization.The EBW is a quasi-electrostatic wave that can be excited by mode conversion from a suitably launched O- or X-mode; its propagation further inside the plasma is strongly influenced by the plasma parameters. These rather awkward properties make its application somewhat more difficult. In this paper we perform an extensive numerical study of EBW H&CD performance in four typical ST plasmas (NSTX L- and H-mode, MAST Upgrade, NHTX). Coupled ray-tracing (AMR) and Fokker–Planck (LUKE) codes are employed to simulate EBWs of varying frequencies and launch conditions, which are the fundamental EBW parameters that can be chosen and controlled. Our results indicate that an efficient and universal EBW H&CD system is indeed viable. In particular, power can be deposited and current reasonably efficiently driven across the whole plasma radius. Such a system could be controlled by a suitably chosen launching antenna vertical position and would also be sufficiently robust.
電子バーンスタイン波（EBW）は、球状トカマク（ST）において、加熱・電流駆動（H&CD）に適用できる電子サイクロトロン（EC）周波数帯の事実上唯一の波動である。球状トカマク（ST）は一般に高β領域で動作し、そこでは通常のECのOモードとXモードは遮断される。この場合、EBWはEC波と同様の特性—中心プラズマ加熱と正確なプラズマ安定化の両方に使用できる、制御可能な局所H&CD—を提供できる唯一の選択肢であると思われる。EBWは準静電波であり、適切に入射されたOモードまたはXモードからのモード変換によって励起することができる。プラズマ内部への伝搬はプラズマパラメータに強く影響される。これらのやや扱いにくい特性により、その応用はやや困難なものとなっている。本論文では、4つの代表的なSTプラズマ（NSTX LモードおよびHモード、MAST Upgrade、NHTX）におけるEBW H&CD性能について、広範な数値計算による研究を行う。異なる周波数と入射条件を持つEBWをシミュレーションするために、結合した光線追跡（AMR）コードとフォッカー・プランク（LUKE）コードを用いた。これらは、選択・制御が可能な基本EBWパラメータである。我々の結果は、効率的で普遍的なEBW H&CDシステムが実際に実現可能であることを示している。特に、プラズマ半径全体にわたって電力を堆積させ、電流を合理的に効率よく駆動することができる。このようなシステムは、適切に選択された入射アンテナの垂直位置によって制御でき、また十分に堅牢であると考えられる。