Ion cyclotron resonance heating (ICRH) is a vital auxiliary heating method for tokamak devices. As the core component of the ICRH system, the antenna directly faces the plasma and is subjected to complex thermal loads from multiple sources. In this study, thermal loads on the ICRH antenna under two representative heating schemes (6 MW ICRH + 5 MW NBI, 5 s pulse duration in Deuterium-Tritium and Hydrogen-Deuterium-Helium3 plasmas) are systematically analyzed. The heat flux on the Faraday screen surface caused by plasma radiation, fast ion loss, and the antenna’s inherent RF loss are evaluated. Simulation adopts the plasma radiation as the primary heat source on the faraday screen, contributing up to 60% of the total thermal load, while fast ion loss and RF loss account for 25% and 15%, respectively. Transient thermal analysis reveals that antenna components reach peak temperatures of approximately 300 °C during the first heating cycle. Following passive cooling, the second heating cycle elevates the temperature to about 450 °C, with each heating cycle producing a cumulative temperature rise of approximately 150 °C. These results demonstrate that real-time temperature monitoring and an active cooling system are critical for safe operation.
イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）は、トカマク装置にとって重要な補助加熱方式である。ICRHシステムの中核部品として、アンテナはプラズマに直接面しており、複数の発生源からの複雑な熱負荷を受ける。本研究では、2つの代表的な加熱スキーム（重水素-トリチウムおよび水素-重水素-ヘリウム3プラズマにおける6 MW ICRH + 5 MW NBI、5秒パルス持続時間）におけるICRHアンテナへの熱負荷を系統的に分析した。プラズマ放射、高速イオン損失、およびアンテナ固有のRF損失によって引き起こされるファラデーシールド表面の熱流束を評価した。シミュレーションでは、ファラデーシールド上の主要な熱源としてプラズマ放射を採用しており、これは全熱負荷の最大60%に寄与し、高速イオン損失とRF損失はそれぞれ25%と15%を占める。過渡熱解析により、アンテナ部品は最初の加熱サイクル中に約300°Cのピーク温度に達することが明らかになった。自然冷却の後、2回目の加熱サイクルで温度は約450°Cまで上昇し、各加熱サイクルで約150°Cの累積温度上昇が生じる。これらの結果は、安全な運転にはリアルタイムの温度監視と能動冷却システムが不可欠であることを示している。