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Identification of slow-wave ion cyclotron emission on JT-60U

S. Sumida, K. Shinohara, M. Ichimura, T. Bando, A. Bierwage, S. Ide2021年被引用 11Nuclear FusionIF 3出版社

Ion cyclotron emissions (ICEs) are generally considered to be emissions of fast waves driven by velocity-space instabilities due to fast ions. However, on JT-60U, measured properties of ICEs observed at frequencies lower than the bulk ion cyclotron frequency (L-ICEs) do not match the fast-wave dispersion relation, indicating the possibility of L-ICEs being slow-wave emissions. In this paper, we show that L-ICE observation on JT-60U can be explained in terms of a slow-wave emission driven by fast ions, i.e. a slow-wave ICE. To investigate whether the slow wave can be driven by fast ions, its linear growth rate has been calculated in a typical discharge using a wave dispersion code. This wave dispersion code is capable of performing calculations with an arbitrary spatially-localized velocity distribution. For the growth rate calculation, we have directly used fast ion velocity distributions evaluated by an orbit following Monte-Carlo simulation. It is found that negative-ion-source neutral beam (N-NB) injected fast ions can destabilize the slow wave. Its frequency and wavenumber at high linear growth rates are close to experimental observations of L-ICE. In addition, observed L-ICE frequencies agree reasonably well with frequencies based on the slow-wave dispersion relation at measured toroidal wavenumbers in several discharges. Moreover, the observed frequencies also agree with the Doppler-shifted cyclotron resonance frequencies for the N-NB injected ion. Therefore, L-ICE in JT-60U is identified as a slow-wave ICE driven by the N-NB injected fast ions and distinguished from other ICEs through a measurement of its frequency and wavenumber.

日本語訳

イオンサイクロトロン放射(ICE)は、一般に、高速イオンによる速度空間不安定性によって駆動される高速波の放射であると考えられている。しかし、JT-60Uにおいて、バルクイオンサイクロトロン周波数よりも低い周波数で観測されたICEの特性(L-ICE)は、高速波の分散関係と一致せず、L-ICEが低速波の放射である可能性を示している。本論文では、JT-60UにおけるL-ICEの観測が、高速イオンによって駆動される低速波、すなわち低速波ICEによって説明できることを示す。低速波が高速イオンによって駆動され得るかどうかを調べるため、波動分散コードを用いて典型的な放電におけるその線形成長率を計算した。この波動分散コードは、任意の空間局在速度分布を用いた計算が可能である。成長率の計算には、モンテカルロ追跡シミュレーションによって評価された高速イオン速度分布を直接使用した。その結果、負イオン源中性粒子ビーム(N-NB)入射による高速イオンが低速波を不安定化し得ることが見出された。その周波数と波数は、高い線形成長率においてL-ICEの実験観測値に近い値となった。さらに、観測されたL-ICE周波数は、複数の放電における測定されたトロイダル波数に基づく低速波の分散関係から得られる周波数と良好に一致した。また、観測された周波数は、N-NB入射イオンのドップラーシフトサイクロトロン共鳴周波数とも一致した。したがって、JT-60UにおけるL-ICEは、N-NB入射高速イオンによって駆動される低速波ICEであると同定され、その周波数と波数の測定により他のICEと区別される。

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JT-60UElectron cyclotron emissionIon cyclotron emission
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