Development of a numerical method for analyzing radio-frequency sheaths in arbitrarily oriented magnetic fields

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03793
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: Kohno Haruhiko 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (70710846)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シース / 高周波加熱 / 磁場核融合 / 有限要素法

Outline of Final Research Achievements

To improve the predictive accuracy of the radio-frequency (RF) sheaths on the walls of tokamak fusion reactors using RF heating, a two-dimensional microscale RF sheath model with curved plates on both sides of a plasma-filled domain and a finite element scheme based on this model have been developed. Using this numerical code, it was confirmed that the dimensionless electron and ion admittances are nearly independent of the peak-to-peak amplitude of the sinusoidally curved walls over wide ranges of the dimensionless ion cyclotron frequency and RF frequency under a uniform background magnetic field.

Free Research Field

プラズマ物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した2次元マイクロスケールRFシースモデルは，磁力線と壁面の接点が存在せず，かつ，電子に対してMaxwell-Boltzmann近似を適用することができる場合に，任意のイオンサイクロトロン周波数および波動の周波数におけるシース挙動の計算を可能にするものである．マクロスケールにおけるシースとプラズマ波の相互作用を計算する際に，シース幅の時間平均値とシース表面の曲率半径が同程度となるような領域が含まれる場合，従来のシース境界条件をそのような領域の境界に課すことはできないが，本研究の成果はその制約が取り除かれるようにシース境界条件を改良するための指針を与えた．