Externally launched ion Bernstein wave (IBW) experiments have demonstrated localized electron heating, sheared flows and transport barriers in several tokamaks. Experiments in the tokamak fusion test reactor (TFTR) showed that IBW waves launched from low-field side IBW antennas could drive a velocity shear layer in the central plasma, but the power coupled to the IBW was not sufficient to achieve a transport barrier. This experiment raised important questions concerning where the radio-frequency (rf) power went and whether the anomalous loss channels are more important in larger machines. Recently, it was proposed that the power loss was due to a coaxial electron plasma wave (EPW) mode excited in the low density plasma halo near the vessel wall (Myra et al 2000 Phys. Plasmas7 283). This mode could dissipate a significant power fraction by sheath and collisional mechanisms, fits more easily in larger machines like TFTR and has the phasing dependence observed in the experiments. Here we extend that work by demonstrating the existence and phasing dependence of the coaxial mode (CM) in a realistic rf coupling calculation. A three-dimensional finite-element electromagnetic code couples a detailed model of the antenna geometry with a plasma dielectric model that retains CM physics. Quantitative results show the dependence of the CM rf fields and power dissipation on the phasing of the multiple-strap array. Unlike conventional rf coupling codes, this paper enables the antenna limiters to be immersed in tenuous plasma, an important feature for correctly modelling parasitic coupling to the CM.
外部から入射されたイオンバーンシュタイン波（IBW）の実験は、複数のトカマクにおいて局所的な電子加熱、速度シア層、および輸送障壁の形成を実証してきた。トカマク核融合試験炉（TFTR）における実験では、低磁場側のIBWアンテナから入射されたIBW波が中心プラズマに速度シア層を駆動できることが示されたが、IBWに結合されたパワーは輸送障壁を達成するには十分ではなかった。この実験は、高周波（rf）パワーがどこへ失われたのか、また異常輸送損失チャネルがより大型の装置においてより重要であるかどうかという重要な疑問を提起した。最近、このパワー損失は、 vessel壁近傍の低密度プラズマハロー中で励起される同軸電子プラズマ波（EPW）モードによるものであると提案された（Myra et al 2000 Phys. Plasmas 7 283）。このモードは、シースおよび衝突機構によってかなりのパワー割合を散逸させることができ、TFTRのようなより大型の装置により適合し、実験で観測された位相依存性とも一致する。本論文では、現実的なrf結合計算において同軸モード（CM）の存在とその位相依存性を実証することにより、この研究を拡張する。3次元有限要素電磁界コードは、アンテナの詳細モデルとCM物理を保持するプラズマ誘電率モデルを結合する。定量的結果は、複数ストラップアレイの位相設定に対するCMのrf場およびパワー散逸の依存性を示す。従来のrf結合コードとは異なり、本論文ではアンテナリミッターを希薄プラズマ中に浸漬させることを可能にし、これはCMへの寄生結合を正確にモデル化するための重要な特徴である。