The management of excessive heat flux to tokamak divertors is one of the most important issues, especially for long-pulse operations of EAST. Different simulation codes based mainly on fluid models have been developed to study the physical processes in edge plasma, including the heat flux to divertor target plates. In these simulations, only the neutral region is included and the heat flux is estimated by using energy transmission coefficients based on a simplified sheath model. In this paper, particle-in-cell simulations are conducted to study the heat flux flowing to the EAST divertor target plates by taking the sheath into account. It is found that the parallel electron velocity distribution function (VDF) in the sheath is a cut-off Maxwellian distribution so the electron sheath energy transmission can be obtained analytically, while ion VDFs in the sheath strongly depend on the incident angle between the magnetic field and divertor target plates. For a small incident angle, in the sheath, the ions move along open orbits and are accelerated mainly in the direction perpendicular to the plane formed by the magnetic field and target plates due to the Lorentz force. An analytical expression for the ion heat flux to the target plates is presented and the obtained results are in good agreement with the simulation results.
トカマクダイバータへの過大な熱流束の管理は、特にEASTの長時間パルス運転において最も重要な課題の一つである。主に流体モデルに基づく異なるシミュレーションコードが、ダイバータターゲット板への熱流束を含む周辺プラズマの物理過程を研究するために開発されてきた。これらのシミュレーションでは、中性粒子領域のみが含まれ、熱流束は簡略化されたシースモデルに基づくエネルギー輸送係数を用いて評価されている。本論文では、シースを考慮に入れてEASTダイバータターゲット板への熱流束を研究するために、粒子セルシミュレーションを実施する。シース内の平行方向電子速度分布関数（VDF）はカットオフされたマクスウェル分布であることが見出され、そのため電子シースエネルギー輸送係数は解析的に求めることができる一方、シース内のイオンVDFは磁場とダイバータターゲット板の間の入射角に強く依存することが明らかになった。小さな入射角の場合、シース内でイオンは開放軌道に沿って移動し、磁場とターゲット板によって形成される平面に垂直な方向に主にローレンツ力によって加速される。ターゲット板へのイオン熱流束に対する解析的表現が提示され、得られた結果はシミュレーション結果と良好な一致を示している。