A small relative population of high energy electrons has been predicted to have important beneficial effects on tokamak plasmas. In particular, the efficiency of steady state RF current drive can be increased and the high beta second regime of stable operation can be achieved. Formation of suitable concentrations of relativistic electrons using electron cyclotron heating (ECH) can be adversely affected by the occurrence of relativistic heating gaps, i.e. electron energy intervals within which the relativistic reduction of the electron gyrofrequency prevents resonance with the applied microwave heating power. A fully relativistic one-dimensional Fokker-Planck model of ECH exhibits efficient generation of relativistic electrons in typical tokamak plasmas for suitably chosen spectra of propagation vector,,and frequency, ω, of the ECH waves. Narrow illumination patterns, symmetric about normal incidence, can readily yield 10% relative densities of relativistic electrons when three or more frequencies are used. On the other hand, oblique illumination or broad illumination patterns with angular half-widths of 45° can give similar results when a single frequency is used.
高エネルギー電子の小さな相対密度は、トカマクプラズマにおいて重要な有益な効果をもたらすと予測されている。特に、定常状態のRF電流駆動の効率を向上させることができ、高ベータの第二安定領域を達成することができる。電子サイクロトロン加熱（ECH）を用いた高エネルギー電子の適切な濃度の形成は、相対論的加熱ギャップの発生によって悪影響を受ける可能性がある。すなわち、電子エネルギー区間内では、相対論的効果による電子サイクロトロン周波数の低下により、印加されたマイクロ波加熱との共鳴が妨げられる。完全相対論的1次元フォッカー・プランクモデルによるECHの解析では、適切に選択された伝播ベクトルスペクトルと周波数ωを持つECH波を用いることで、典型的なトカマクプラズマにおいて高エネルギー電子の効率的な生成が示される。法線入射に対して対称な狭い照射パターンでは、3つ以上の周波数を用いることにより、容易に10%の相対密度の高エネルギー電子を得ることができる。一方、斜め入射または角度半値幅45°の広い照射パターンでは、単一周波数を用いても同様の結果が得られる。