Ion cyclotron range of frequency waves in hot plasmas exhibit spatial dispersion effects and the wave equation takes the integro-differential form. Under the local plasma model assumption, the wave equation can be simplified to the differential form and adapts to the numerical scheme of the finite element method (FEM). Even though direct absorption of fast waves by ions and electrons can be described well by the local plasma model, linear mode conversion associated with non-local effects is absent. To deal with this issue, an alternative method is put forward in this paper where quasi-electrostatic fluid waves based on the multi-fluid warm plasma model are employed to take the place of ion Bernstein waves in mode conversion. On this basis, an interative fluid-kinetics (INTFLUK) code based on the FEM is developed for full-wave simulation in hot plasmas. Derivation of the wave equations as well as benchmarking of the INTFLUK code against other wave simulation codes are carried out. In both one- and two-dimensional cases, the validity of the INTFLUK code was verified by comparison of the wave field distributions and power deposition. As a useful illustration of the INTFLUK code including the scrape-off layer and a realistic antenna, the influence of the poloidal antenna phasing difference on ion cyclotron resonance heating is analyzed. Finally, it should be noted that the method in this paper has the potential to be extended to the three-dimensional case, which will be considered in the near future.
高温プラズマ中のイオンサイクロトロン周波数帯の波は空間分散効果を示し、波動方程式は積分微分形式をとる。局所プラズマモデルの仮定の下では、波動方程式は微分形式に簡略化でき、有限要素法(FEM)の数値スキームに適応する。局所プラズマモデルによってイオンと電子による高速波の直接吸収をうまく記述できる場合でも、非局所効果に関連する線形モード変換は存在しない。この問題に対処するため、本論文では、モード変換におけるイオンバーンスタイン波の代わりに、多流体ウォームプラズマモデルに基づく準静電的流体波を用いる代替手法が提案される。これに基づいて、高温プラズマ中の全波シミュレーションのためのFEMに基づく反復流体-運動論(INTFLUK)コードが開発される。波動方程式の導出とともに、他の波動シミュレーションコードに対するINTFLUKコードのベンチマーキングが実施される。一次元および二次元の両方の場合において、波動場分布と電力沈着の比較によってINTFLUKコードの妥当性が検証された。スクレイプオフ層と現実的なアンテナを含むINTFLUKコードの有用な例示として、イオンサイクロトロン共鳴加熱に対するポロイダルアンテナ位相差の影響が解析される。最後に、本論文の手法は三次元の場合に拡張される可能性を有しており、これは近い将来に検討されることに留意すべきである。