This study examines the energy deposition of runaway electrons (REs) on tungsten targets, considering the effects of electron beam incidence angles, magnetic field strengths, and target thicknesses. Two energy distributions are analyzed: a monoenergetic beam and a Maxwellian distribution. Simulations are performed using the GEANT4 Monte Carlo code to accurately model particle–matter interactions, including secondary emissions and energy loss mechanisms. For perpendicular incidence, energy deposition in the tungsten target increases with electron energy until reaching a peak, then declines at higher energies. The peak shifts toward higher energies as the target thickness increases. In contrast, for tangential incidence representative of realistic tokamak wall loading the fraction of deposited energy is highest at lower electron energies (0.1–1 MeV), whereas the absolute deposited energy continues to increase with electron energy. Magnetic fields significantly influence tangential interactions by enhancing the return of reflected electrons to the target, leading to greater energy deposition, especially at lower energies. In contrast, for perpendicular incidence the magnetic field strength has only a minor effect on deposition. Additional analyses show that, in tangential incidence, a considerable fraction of the reflected energy is redistributed onto adjacent tungsten tiles due to magnetically guided electron motion. Moreover, the contributions of transmitted and reflected photons and neutrons were quantified to determine their share in the overall escaping energy. These results underline the importance of jointly considering the electron energy spectrum, incidence geometry, magnetic field strength, and tungsten thickness in the design of plasma-facing components, in order to more accurately assess heat loads and mitigate potential damage from REs in tokamak environments.
本研究は、電子ビーム入射角、磁場強度、および標的厚さの影響を考慮し、タングステン標的における逃走電子（RE）のエネルギー沈着を調査するものである。解析対象となるエネルギー分布は、単色エネルギービームとマクスウェル分布の2種類である。シミュレーションは、二次放出やエネルギー損失機構を含む粒子–物質相互作用を正確にモデル化するため、GEANT4モンテカルロコードを用いて実施した。垂直入射の場合、タングステン標的へのエネルギー沈着は、電子エネルギーが増加するにつれてピークに達するまで増加し、その後、高エネルギー側で減少する。このピークは、標的厚さの増加に伴い高エネルギー側へシフトする。対照的に、現実的なトカマク壁負荷を代表する接線入射では、沈着エネルギー割合は低電子エネルギー（0.1〜1 MeV）で最も高くなる一方、絶対沈着エネルギーは電子エネルギーの増加とともに増加し続ける。磁場は、反射電子の標的への戻りを促進することにより接線方向の相互作用に大きく影響し、特に低エネルギーにおいてエネルギー沈着を増加させる。一方、垂直入射の場合、磁場強度は沈着にわずかな影響しか与えない。追加の解析により、接線入射では、磁場によって誘導される電子運動により、反射エネルギーのかなりの割合が隣接するタングステンタイルに再分配されることが示された。さらに、透過および反射した光子と中性子の寄与を定量化し、全体の逃散エネルギーに占めるそれらの割合を決定した。これらの結果は、プラズマ対向機器の設計において、電子エネルギー分布、入射幾何学形状、磁場強度、およびタングステン厚さを共同で考慮することの重要性を強調しており、それにより熱負荷をより正確に評価し、トカマク環境におけるREによる潜在的な損傷を軽減することができる。