The parasitic interaction between ion cyclotron range of frequencies (ICRF) waves and the edge plasma has long limited high-power ICRF utilization in magnetically confined fusion plasmas. In this paper, we report on the successful mitigation of this interaction by power tapering a four-strap field-aligned (FA) antenna in the Alcator C-Mod tokamak. With the antenna operated in dipole phasing (), the ratio of the power coupled by the central two straps () to the power coupled by the outer two straps was varied at fixed total coupled ICRF power (). With /, no enhancement of the plasma potential was measured despite 1 MW of coupled ICRF power. When the antenna is powered, energy deposition increases on its four corners and on neighboring limiter tiles magnetically connected to some of those corners. The energy deposited on the antenna and limiter is minimized together with near-field plasma potentials. Additionally, we show that deviation from / enhances wave-plasma interactions in places not magnetically connected to the antenna. These far-field effects are correlated with changes in the antenna spectrum. Hence, on C-Mod, near-field and far-field interactions were minimized for about the same range of /. Optimal power tapering was also found to improve ICRF heating efficiency and facilitate H-mode access. Finally, we show that the heat flux pattern on the toroidally aligned antennas reverses with the direction of the RF-induced E×B flow in front of the antenna, a correlation not observed for the FA antenna. We argue that the RF-induced E×B flow, which carries high-density plasma from the near-SOL, is aligned with the FA antenna and does not intercept its corners, where the plasma potential is large. This could explain the previously reported smaller impurity generation by the FA antenna (Wukitch et al 2013 Phys. Plasmas20 056117).
イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)波と周辺プラズマの間の寄生相互作用は、磁気閉じ込め核融合プラズマにおける高出力ICRF利用を長らく制限してきた。本論文では、Alcator C-Modトカマクにおいて4ストラップ磁力線整合(FA)アンテナにパワーテーパリングを施すことにより、この相互作用の緩和に成功したことを報告する。アンテナをダイポール位相()で動作させた状態で、中央の2つのストラップによって結合される電力()と外側の2つのストラップによって結合される電力()の比を、総結合ICRF電力()を固定して変化させた。/では、結合されたICRF電力1MWにもかかわらず、プラズマポテンシャルの増大は測定されなかった。アンテナに電力が供給されると、その四隅と、それらの隅の一部に磁気的に接続された隣接リミッタータイル上でエネルギー堆積が増加する。アンテナとリミッターに堆積するエネルギーは、近接場プラズマポテンシャルとともに最小化される。さらに、/からのずれは、アンテナに磁気的に接続されていない場所での波-プラズマ相互作用を増強することを示す。これらの遠方場効果は、アンテナスペクトルの変化と相関している。したがって、C-Modでは、近接場と遠方場の相互作用は、ほぼ同じ範囲の/に対して最小化された。最適なパワーテーパリングは、ICRF加熱効率を向上させ、Hモードへのアクセスを容易にすることも見出された。最後に、トロイダル方向に整合されたアンテナ上の熱流束パターンは、アンテナ前方のRF誘起E×B流の方向に応じて反転するが、この相関はFAアンテナでは観察されなかったことを示す。RF誘起E×B流はSOL近傍から高密度プラズマを運ぶが、この流れはFAアンテナに沿って整列しており、プラズマポテンシャルが大きいその隅を横切らないと我々は論じる。これは、FAアンテナによる不純物生成がより少ないという先行報告(Wukitch et al 2013 Phys. Plasmas20 056117)を説明できる可能性がある。