A novel method to simulate ion cyclotron wave coupling in the edge of a tokamak plasma with the finite element technique is presented. It is applied in the commercial software COMSOL Multiphysics. Its main features include the perfectly matched layer (PML) technique to emulate radiating boundary conditions beyond a critical cutoff layer for the fast wave (FW), full-wave propagation across the inhomogeneous cold peripheral plasma and a detailed description of the wave launcher geometry. The PML technique, while widely used in numerical simulations of wave propagation, has scarcely been used for magnetized plasmas, due to specificities of this gyrotropic material. A versatile PML formulation, valid for full dielectric tensors, is summarized and interpreted as wave propagation in an artificial medium. The behavior of this technique has been checked for plane waves on homogeneous plasmas. Wave reflection has been quantified and compared to analytical predictions. An incompatibility issue for adapting the PML for forward (FW) and backward (slow wave (SW)) propagating waves simultaneously has been evidenced. In a tokamak plasma, this critical issue is overcome by taking advantage of the inhomogeneous density profile to reflect the SW before it reaches the PML. The simulated coupling properties of a Tore Supra ion cyclotron resonance heating (ICRH) antenna have been compared to experimental values in a situation of good single-pass absorption. The necessary antenna elements to include in the geometry to recover the coupling properties obtained experimentally are also discussed.
トカマクプラズマの周辺部におけるイオンサイクロトロン波結合をシミュレートするための新しい手法を、有限要素法を用いて提示する。この手法は商用ソフトウェアCOMSOL Multiphysicsに適用される。その主な特徴は、完全整合層（PML）技術を用いて、高速波（FW）の臨界遮断層を超える放射境界条件を模擬すること、不均一な冷たい周辺プラズマを横切る全波伝搬、そして波動ランチャー形状の詳細な記述を含むことである。PML技術は波動伝搬の数値シミュレーションで広く使用されているが、磁化プラズマに対しては、このジャイロトロピック媒質の特異性のためにほとんど適用されていない。完全な誘電テンソルに対して有効な汎用的なPML定式化を要約し、人工媒質中の波動伝搬として解釈する。この手法の挙動は、均一プラズマ中の平面波に対して検証されている。波動反射は定量化され、解析的予測と比較された。前方伝搬波（FW）と後方伝搬波（遅波、SW）を同時に扱うためのPMLの適応に関する非互換性の問題が明らかにされた。トカマクプラズマでは、この重大な問題は、密度の不均一性を利用して、SWがPMLに到達する前に反射させることで克服される。Tore Supraのイオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）アンテナの結合特性のシミュレーション結果は、単一通過吸収が良好な条件下での実験値と比較された。また、実験的に得られた結合特性を再現するためにジオメトリに含める必要があるアンテナ要素についても議論する。