Efficient ion heating is crucial for future fusion devices, and the only way to heat ions directly is ion cyclotron resonance heating. Reported here is a full wave solver integrated with a Fokker–Planck code for optimizing ion heating with ion cyclotron range of frequency waves for the International Thermonuclear Experimental Reactor deuterium–tritium plasma. Both the direct absorption of minority ions and the power transfer to bulk ions via collisions are considered, while also accounting for the edge effects on ion absorption near the core. The simulation results show that the appropriate scrape-off layer density profile and parallel wave number lead to enhanced edge coupling and broaden the absorption region with moderate absorption intensity of the minority ions, which is very important for ion heating. More power from the heated ions is transferred to bulk ions than to electrons through collisions in our simulation via optimization, and reducing the total RF power results in a significant increase of the absorbed fraction of bulk ions.
効率的なイオン加熱は将来の核融装置にとって極めて重要であり、イオンを直接加熱する唯一の方法はイオンサイクロトロン共鳴加熱である。本稿では、国際熱核融合実験炉の重水素–トリチウムプラズマにおけるイオンサイクロトロン周波数帯の波を用いたイオン加熱を最適化するために、フォッカー–プらンクコドと統合された全波ソルバーを報告する。少数イオンの直接吸収と、衝突によるバルクイオンへの電力輸送の両方が考慮され、また、コア近傍でのイオン吸収に対するエッジ効果も考慮される。シみュレーション結果は、適切なスクレイプオフ層密度分布と平行波数がエッジ結合を強化し、少数イオンの適度な吸収強度を伴って吸収領域を広げることを示しており、これはイオン加熱にとって非常に重要である。本シミュレーションでは、最適化により、加熱されたイオンから衝突を介して電子よりも多くの電力がバルクイオンに輸送され、全RF電力を低減するとバルクイオンの吸収割合が顕著に増加する。