Experimental investigations of second harmonic electron cyclotron heating have been made on Heliotron DR (R = 90 cm, āp ≃ 7 cm), using a 28 GHz, 200 kW gyrotron. Effective heating of the plasma has been observed in a wide range of electron density, even above the cut-off value of the ordinary mode (overdense plasma). When the electron density is lower than the cut-off value of the extraordinary mode, the electrons are strongly heated and Teo ≃ 1.7 keV at e ≃ 0.25×1013 cm−3. In Heliotron DR, the heating is found to be less sensitive to the magnetic field intensity than in Heliotron E, and it is most effective at a central magnetic field B0 lower than the resonant magnetic field Bres. These phenomena are discussed in connection with the orbits of electrons accelerated in the cavity mode of the RF field (multiple reflections of the RF field at the vessel wall are dominant). Overdense plasmas (e > l×1013 cm−3) are strongly heated at B0 ⪆ Bres. Their typical parameters are e = 2×1013 cm−3, Teo ≃ 330 eV, and average beta, ⟨β⟩ ≃ 0.4%. The maximum ⟨β⟩ value is limited to ≤ 0.5% by the onset of MHD instability, which agrees well with theoretical predictions for pressure driven ideal interchange instability. The possibility of heating overdense plasmas through mode conversion of injected radiofrequency waves to electron Bernstein waves is examined and is shown to be likely in the present experimental conditions with multiple wall reflections.
ヘリオトロンDR（R = 90 cm、āp ≃ 7 cm）において、28 GHz、200 kWのジャイロトロンを用いて第二高調波電子サイクロトロン加熱の実験的調査を行った。プラズマの効果的な加熱が、電子密度の広い範囲で観測されたが、それは常波の遮断値を超える場合（過密プラズマ）でも同様であった。電子密度が異常波の遮断値より低い場合、電子は強く加熱され、`e ≃ 0.25×10^13 cm^-3`において`Teo ≃ 1.7 keV`が得られた。ヘリオトロンDRにおいては、加熱はヘリオトロンEよりも磁場強度に敏感ではなく、共鳴磁場`Bres`よりも低い中心磁場`B0`で最も効果的であった。これらの現象は、RF場の空洞モードにおいて加速された電子の軌道（容器壁でのRF場の多重反射が支配的である）との関連で議論される。過密プラズマ（`e > l×10^13 cm^-3`）は、`B0 ⪆ Bres`において強く加熱された。それらの典型的なパラメータは、`e = 2×10^13 cm^-3`、`Teo ≃ 330 eV`、平均ベータ`⟨β⟩ ≃ 0.4%`である。最大⟨β⟩値はMHD不安定性の発生により`≤ 0.5%`に制限されるが、これは圧力駆動型理想インターチェンジ不安定性に対する理論予測とよく一致する。入射された高周波波の電子バーンスタイン波へのモード変換を通じた過密プラズマ加熱の可能性を検討し、多重壁反射を伴う本実験条件においてはその可能性が高いことを示した。