This paper mainly studies the effects of high magnetic field and quasi-linear effects on lower hybrid current drive (LHCD) in fusion reactor-level tokamak. The critical magnetic field Bc value for LHCD is 9.64 T. Below this value, high magnetic field effect do not need to be considered for LHCD on fusion reactor-level tokamaks such as ITER and China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). On the CFETR tokamak with toroidal magnetic field up to 6.5 T, a comparative study of low-field and high-field side (HFS) launch of LHCD was conducted using coupled ray-tracing equation and the Fokker–Planck equation. The spectrum N||0 of LHCD with three typical frequencies, which can effectively drive currents, is −1.7 to −1.6. The optimal poloidal launching angles are θ =145 ∼ 165° on HFS, and θ = −60° to −30° or 30°–50° on low-field side (LFS). At injection power of 1 MW, the current drive efficiency is 30–60 kA MW−1. The current profile is relatively localized, with its peak at a radial position where ρ > ∼0.50. Injection from HFS or LFS has a significant impact on LHCD. For high-power injection, the influence of quasi-linear effect needs to be considered. When injecting from HFS, the LHCD efficiency increases significantly with the increase of injection power, reaching ∼60 kA MW−1 at 30–40 MW. For injection from LFS, LHCD efficiency increases gradually with the increase of injection power, with a maximum not exceeding 50 kA MW−1 even at 100 MW. HFS injection should be prioritized for LHCD on fusion reactor level tokamaks, and the output power level of a single klystron needs to be higher for higher LHCD efficiency.
本論文は主に、核融合炉レベルのトカマクにおける低域混成波電流駆動（LHCD）に対する高磁場効果と準線形効果の影響を研究するものである。LHCDに対する臨界磁場Bc値は9.64 Tである。この値以下では、ITERや中国核融合工学試験炉（CFETR）などの核融合炉レベルのトカマクにおけるLHCDに対して高磁場効果を考慮する必要はない。トロイダル磁場が最大6.5 TのCFETRトカマクにおいて、結合された光線追跡方程式とフォッカー・プランク方程式を用いて、LHCDの低磁場側（LFS）入射と高磁場側（HFS）入射の比較研究を行った。効果的に電流を駆動できる3つの代表的な周波数におけるLHCDのスペクトルN||0は、−1.7〜−1.6である。最適なポロイダル入射角は、HFSではθ =145°〜165°、低磁場側（LFS）ではθ = −60°〜−30°または30°〜50°である。入射パワー1 MWでは、電流駆動効率は30〜60 kA MW−1である。電流分布は比較的局在化しており、そのピークはρ > ∼0.50の動径位置にある。HFSまたはLFSからの入射はLHCDに大きな影響を与える。高出力入射の場合、準線形効果の影響を考慮する必要がある。HFSから入射する場合、LHCD効率は入射パワーの増加とともに有意に増加し、30〜40 MWで約60 kA MW−1に達する。LFSから入射する場合、LHCD効率は入射パワーの増加とともに緩やかに増加し、100 MWでも最大50 kA MW−1を超えない。核融合炉レベルのトカマクにおけるLHCDではHFS入射を優先すべきであり、より高いLHCD効率のためには単一クライストロンの出力レベルをより高くする必要がある。