Recent experiments in JET have provided new information on majority ICRF heating schemes in large tokamak plasmas. Adopting a wide range of available diagnostics, the plasma behaviour in a fundamental D majority ICRF heating scenario was investigated. The main results of the experiments are that, due to the modest RF power available at the frequencies necessary for central D absorption in JET associated with the reduced RF electric field amplitude near the cold ion-cyclotron resonance layer of the D majority ions, ICRH alone is barely capable of heating the plasma. On the other hand, when preheating the plasma using neutral beam injection, the wave–plasma coupling is improved and considerable plasma heating followed by increased neutron yield was observed in several discharges. The enhancement of the ICRH efficiency in the presence of NBI is attributed not only to the lower collisionality of the pre-heated plasma but also to the Doppler-shifted ion-cyclotron resonance absorption of the fast beam ions. This effect has been observed with several diagnostics and was confirmed by numerical simulations. The numerical modelling was done adopting a coupled full wave/quasi-linear Fokker–Planck (QLFP) code that takes into account the non-Maxwellian distributions of the injected beam ions in the wave equation, and the actual local RF electric field structure obtained by the full-wave computations in the Fokker–Planck description. By studying the response of the plasma to sudden changes in the ICRF power level, the experimental RF power deposition profiles were estimated and compared with the theoretical predictions. Finally, a qualitative link between the RF-heated beam distributions obtained in the QLFP simulations and some of the experimental results is also presented.
JETにおける最近の実験により、大型トカマクプラズマにおける主要なICRF加熱方式に関する新たな知見が得られた。利用可能な広範な診断手法を採用し、重水素主体のICRF加熱シナリオにおけるプラズマ挙動を調査した。実験の主な結果は、JETにおいて重水素の中心部吸収に必要な周波数でのRFパワーが限定的であり、重水素主体イオンの冷イオンサイクロトロン共鳴層付近でのRF電界振幅が低減されるため、ICRH単独ではプラズマを十分に加熱できないことを示している。一方、中性粒子ビーム入射を用いてプラズマを予備加熱すると、波動-プラズマ結合が改善され、複数の放電において顕著なプラズマ加熱とそれに続く中性子収率の増加が観測された。NBI存在下でのICRH効率の向上は、予備加熱されたプラズマの低い衝突頻度だけでなく、高速ビームイオンによるドップラーシフトしたイオンサイクロトロン共鳴吸収にも起因する。この効果は複数の診断手法で観測され、数値シミュレーションによっても確認された。数値モデリングには、波動方程式における入射ビームイオンの非マクスウェル分布を考慮し、フォッカー・プランク記述において全波動計算から得られた実際の局所RF電界構造を用いる、結合された全波動/準線形フォッカー・プランク(QLFP)コードを採用した。ICRFパワーレベルの急激な変化に対するプラズマの応答を調べることにより、実験的なRFパワー堆積分布を推定し、理論的予測と比較した。最後に、QLFPシミュレーションから得られたRF加熱ビーム分布と実験結果の一部との間の定性的な関連性も提示する。