The paper discusses the feasibility of a current drive technique based on the collinear excitation of plasma waves by two high frequency electromagnetic pump waves. Particle trapping into the intense plasma wave creates hot electrons which sustain a slowly decaying current. Momentum and energy transfer to electrons can be enhanced by pump wave cascading. The method offers possibilities to localize the generation region and to control the current profile. With a CO2 laser, the maximum current density rises to approximately 50 kA·cm−2 at 1012 W·cm−2 in a 1015 cm−3 plasma. A current density of 1.0 kA·cm−2 in a 1014 cm–3 plasma is predicted for a 100 μm free electron laser operating at 4 × 1010 W·cm−2. The total induced current is about Jtot (MA) R(m)ne(1014cm−3)/Pavg(MW)≅0.5 (R is the major radius, ne is the plasma density and Pavg is. the average laser power) for the 10-200 μm cases considered; the actual value depends on the hot electron collision rate and the amount of cascading taking place. The main problems and the basic parameter scalings are discussed. Also, a novel method for amplifying the induced current by the bootstrap effect is suggested. A seed current of 0.2-0.4 MA in a spot of 30-50 cm diameter would be sufficient for a tokamak reactor; this appears achievable as far as laser requirements are concerned.
本論文は、2つの高周波電磁ポンプ波によるプラズマ波のコリニア励起に基づく電流駆動技術の実現可能性について論じる。強力なプラズマ波への粒子捕捉は、ゆっくり減衰する電流を維持する高温電子を生成する。電子への運動量とエネルギーの移動は、ポンプ波のカスケーディングによって強化され得る。この方法は、生成領域を局在化し、電流プロファイルを制御する可能性を提供する。CO2レーザーを用いると、10^15 cm−3 のプラズマ中で 10^12 W·cm−2 において、最大電流密度は約 50 kA·cm−2 に達する。4 × 10^10 W·cm−2 で動作する 100 μm の自由電子レーザーに対しては、10^14 cm–3 のプラズマ中で 1.0 kA·cm−2 の電流密度が予測される。考慮された 10-200 μm の場合について、全誘起電流はおよそ Jtot (MA) R(m)ne(10^14cm−3)/Pavg(MW)≅0.5 である（R は主半径、ne はプラズマ密度、Pavg は平均レーザー出力である）。実際の値は、高温電子の衝突率と発生するカスケーディングの量に依存する。主な問題点と基本的なパラメータのスケーリングについて議論する。また、ブートストラップ効果によって誘起電流を増幅する新しい方法が提案される。トカマク炉には、直径30-50 cmのスポットにおける0.2-0.4 MAのシード電流で十分であろう。これは、レーザー要件に関する限り達成可能と思われる。