In order to understand, predict and control ion cyclotron range of frequency interactions with tokamak scrape-off layer plasmas, computational tools which can model radio frequency (RF) sheaths are needed. In particular, models for the effective surface impedance and DC rectified sheath potentials may be coupled with full wave RF simulation codes to predict self-consistent wave fields near surfaces and the resulting power dissipation and plasma–material interactions from ion sputtering. In this study, previous work assuming zero net DC current flow through the sheath is generalized to allow the surface to collect net positive or negative current, as is often observed in experiments. The waveforms, DC potential and RF admittance are investigated by means of analytical theory, nonlinear fluid and particle-in-cell codes. Cross-code comparisons provide detailed model verification and elucidate the roles of ion and electron kinetics. When the sheath draws negative (positive) DC current, the voltage rectification is reduced (increased) compared with the zero-current case, and the magnitude of both the real and imaginary parts of the admittance are increased (reduced). A previous four-input parametrization of the sheath rectification and admittance properties is generalized to include a fifth parameter describing the DC sheath current.
イオンサイクロトロン周波数帯のトカマクスクレープオフ層プラズマとの相互作用を理解し、予測し、制御するためには、無線周波数（RF）シースをモデル化できる計算ツールが必要である。特に、実効表面インピーダンスと直流（DC）整流シース電位のモデルは、全波RFシミュレーションコードと結合させて、表面近傍の自己無撞着な波動場と、それに伴う電力散逸およびイオンスパッタリングによるプラズマ・材料相互作用を予測することができる。本研究では、シースを通る正味のDC電流がゼロであると仮定した従来の研究を一般化し、実験でしばしば観測されるように、表面が正味の正または負の電流を収集できるようにする。波動波形、DC電位、RFアドミッタンスは、解析理論、非線形流体コード、粒子インセルコードを用いて調べられる。コード間の相互比較により、詳細なモデルの検証が行われ、イオンおよび電子の運動論的効果の役割が解明される。シースが負（正）のDC電流を引き込む場合、電圧整流はゼロ電流の場合と比較して減少（増加）し、アドミッタンスの実部および虚部の両方の大きさが増加（減少）する。シースの整流特性とアドミッタンス特性に関する従来の4入力パラメータ化は、DCシース電流を記述する第5のパラメータを含むように一般化される。