In previous work (Kohno and Myra 2023 Comput. Phys. Commun.291 108841), we developed a numerical scheme based on a two-dimensional microscale radio-frequency (RF) sheath model with periodically curved wall boundaries. Here, we expand the capability of this scheme through modification of the boundary conditions (BCs) on the conducting walls, which allows the ion flow to turn back to the plasma at locations on the walls where the electromagnetic force on the ions is reversed from its usual direction. Numerical simulations are carried out to investigate the dependences of the surface-integrated admittances on the wall bump height, ion magnetization, ion mobility, and the magnetic field angle, and to visualize the sheath structures in several cases. One of the main results is the ion cyclotron admittance resonance observed under the condition of low ion mobility (high normalized frequency). It is shown that the amplitude of the resonance peak depends on the wall bump height and the ion velocity is reversed on the sides of the bump in an RF cycle for the resonance cases. Furthermore, the differences in the admittances between the one- and two-dimensional microscale models are assessed for the purpose of understanding non-locality of the sheath near the wall surface for the parameters considered in this study. This information will be essential for improving the sheath BC for macroscale calculations in the future.
以前の研究 (Kohno and Myra 2023 Comput. Phys. Commun.291 108841) において、我々は周期的に湾曲した壁境界を持つ二次元マイクロスケール高周波(RF)シースモデルに基づく数値スキームを開発した。ここでは、導体壁上の境界条件(BC)を修正することによって、このスキームの能力を拡張する。この修正により、イオンに対する電磁力が通常の方向とは逆になる壁上の位置において、イオン流がプラズマへと引き返すことが可能になる。数値シミュレーションを実行し、表面積分アドミタンスの壁バンプ高さ、イオン磁化、イオンモビリティ、および磁場角度への依存性を調査し、いくつかの場合におけるシース構造を可視化する。主な結果の一つは、低イオンモビリティ(高規格化周波数)の条件下で観測されるイオンサイクロトロンアドミタンス共鳴である。共鳴ピークの振幅は壁バンプ高さに依存し、共鳴の場合にはRFサイクル中にバンプの側面でイオン速度が逆転することが示される。さらに、本研究で考慮したパラメータについて、壁表面近傍のシースの非局所性を理解する目的で、一次元および二次元マイクロスケールモデル間のアドミタンスの差異を評価する。この情報は、将来のマクロスケール計算におけるシースBCを改善するために不可欠である。