This paper reports a new numerical scheme to simulate the radio-frequency (RF) induced RF sheath, which is suitable for a large 3D simulation. In the RF sheath boundary model, the tangential component of the electric field () is given by the gradient of a scalar electric field potential. We introduce two additional scalar potentials for the tangential components of the magnetic field, which effectively impose the normal electric displacement (Dn) on the plasma sheath boundary condition via in-homogeneous Neumann boundary condition and constrain the tangential electric field on the surface as curl-free (). In our approach, the non-linear sheath impedance is formulated as a natural extension of the large thickness (or asymptotic) sheath limit (), allowing for handling both asymptotic and non-linear regimes seamlessly. The new scheme is implemented using the Petra-M finite element method analysis framework and is verified with simulations in the literature. The significance of non-linearity is discussed in various plasma conditions. An application of this scheme to asymptotic RF sheath simulation on the WEST ICRF antenna side limiters is also discussed.
本論文は、大規模3Dシミミュレーションに適した、無線周波数（RF）誘起RFシースをシミミュレーションするための新し数値スキームを報告する。RFシース境界モデルにおいて、電場の接線成分（）はスカラー電場ポテンシャルの勾配によって与えられる。我々は、磁場の接線成分に対して2つの追加のスカラーポテンシャルを導入する。これらは、不均一ノイマン境界条件を介してプラズマシース境界条件に法線電束密度（Dn）を効果的に課し、表面上の接線電場を回転なし（）として制約する。我々の手法では、非線形シースインピーダンスは、大厚度（または漸近）シース極限（）の自然な拡張として定式化され、漸近的および非線形の両方の領域をシームレスに扱うことができる。新しいスキームはPetra-M有限要素法解析フレームワークを用いて実装され、文献中のシミミュレーションで検証される。非線形性の重要義は、様々なプラズマ条件下で議論される。また、本スキームのWEST ICRFアンテナサードリミッタ上の漸近RFシースシミュレーションへの適用についても議論される。