電子バーンスタイン波

電子バーンスタイン波（Electron Bernstein wave, EBW）は、磁化プラズマ中を垂直磁場方向に伝わる静電波で、電子のサイクロトロン運動の高調波と有限ラーモア半径効果によって支えられる波動である。通常の電子サイクロトロン波（O波・X波）と異なり密度の上限（カットオフ）が存在せず、電子プラズマ周波数が電子サイクロトロン周波数を大きく上回る「過密度プラズマ」の内部まで侵入して加熱・電流駆動を行える点が最大の特徴である。このため、高ベータ運転で過密度となる球状トカマクや、密度の高いヘリカル装置・反転磁場ピンチにおいて、電子サイクロトロン加熱（ECH）の代替・補完手段として研究されてきた。波長が電子のラーモア半径程度と短く強い減衰を示すため、局所的な加熱・電流駆動が可能である一方、電磁波から直接励起できず、モード変換を介してアクセスする必要がある。

波の性質と分散関係

バーンスタイン波は、磁場に垂直に伝わる静電的な電子波であり、その存在は1960年代にバーンスタインが導いた熱プラズマ分散関係に由来する。冷プラズマ近似ではこの波は現れず、電子のラーモア運動の有限半径効果（有限ラーモア半径効果）を取り込んだ熱プラズマ分散関係の解として初めて得られる。分散曲線は各電子サイクロトロン高調波の直上に枝を持ち、波数が大きくなるにつれて周波数が上部混成共振周波数 ω_UH = (ω_pe² + Ω_e²)^1/2 に漸近する。つまり波は高波数側で上部混成層に「詰め込まれ」、群速度が小さくなる。この群速度の小ささは、同じ入射パワーに対して波のエネルギー密度を大きくし、準線形効果（電子分布のマクスウェル分布からの乖離）が顕在化するしきい値を通常のより大幅に下げるという帰結を持つ。