パラメトリック崩壊

パラメトリック崩壊（parametric decay）とは、プラズマ中を伝播する強いポンプ波（例えば電子サイクロトロン加熱用のジャイロトロン・マイクロ波や、低域混成波加熱・イオンサイクロトロン波加熱用の高周波）が、エネルギーと運動量の保存則を満たす二つの「娘波」——典型的にはプラズマの固有モード——に非線形に崩壊する現象である。プラズマが二次の非線形感受率をもつとき、ポンプ波の振幅が一定のしきい値を超えると、ポンプ波と二つの固有モードの間でエネルギーをやりとりするパラメトリック結合が不安定化し、ポンプ波のエネルギーが別の周波数の波へ移転する。これは光学系や流体・力学系で知られるパラメトリック不安定性のプラズマ版であり、磁場閉じ込め核融合実験では、入射した高周波パワーの加熱・電流駆動効率を損ない、診断系に異常信号や損傷を与えうるものとして、実験的にも理論的にも精力的に研究されてきた。

概念と三波結合

パラメトリック崩壊不安定性（parametric decay instability, PDI）の基本は三波結合である。周波数 ω₀、波数 k₀ のポンプ波が、周波数・波数がそれぞれ ω₁+ω₂=ω₀、k₁+k₂=k₀ を満たす二つの娘波に崩壊する。磁場閉じ込めプラズマでよく現れる組み合わせは、Xモードのマイクロ波ポンプが「高域混成波（upper hybrid wave）」と「低域混成波（lower hybrid wave）」に崩壊する経路、あるいはポンプが二つの高域混成波（それぞれポンプ周波数の約半分）に崩壊する「二プラズモン崩壊不安定性（two-plasmon decay instability, TPDI）」である。イオンサイクロトロン周波数帯の加熱では、ポンプが高調波のイオンベルンシュタイン波や低域混成波に崩壊する経路が観測されている。