In ion cyclotron range of frequencies (ICRFs) heating experiments on tokamaks, the observation of hot spots on the first wall and increased impurities at the plasma boundary in specific parameter regimes has prompted investigations into the underlying mechanisms. While previous studies have highlighted the role of fast ions generated by radio frequency sheaths in contributing to heat flux and impurity production, the influence of electrons has been overlooked. This study addresses this gap by exploring the impact of the localized electric fields induced by ICRF antennas on electron dynamics in the scrape-off layer of the EAST tokamak through test-particle simulations. Simulation results reveal two primary mechanisms through which the ICRF electrostatic wave packet affects electrons. For thermal electrons, low-power ICRF injection leads to a notable decrease of approximately 20% in electron density near the wave packet center due to ponderomotive reflection of low-speed electrons. Consequently, increasing electron temperature can mitigate this effect to some extent. As for fast electrons with velocities in the vicinity of the central phase velocity of the wave packet, significant acceleration occurs upon their quasi-trapping by the wave packet. Specifically, under 2 MW ICRF injection, some initial 1.5 keV fast electrons undergo substantial acceleration, reaching energies of 20 keV, with the average energy flux amplified 7 times. As power levels rise to 8 MW, the trapping velocity range widens, enabling the direct capture and acceleration of even thermal electrons by the ICRF localized field. Furthermore, a higher electron temperature of 80 eV can reduce the power demand to 5 MW. This study will qualitatively assess the impact of localized fields on electron acceleration and parameter dependence across various ICRF power levels, offering insights for controlling ICRF operation parameters in future fusion reactors.
トカマクにおけるイオンサイクロトロン周波数帯（ICRFs）加熱実験では、特定のパラメータ領域において第一壁上のホットスポットとプラズマ境界での不純物増加が観察され、その背後にある機構の調査が進められてきた。これまでの研究では、高周波シースによって生成された高速イオンが熱流束と不純物生成に寄与する役割が強調されてきたが、電子の影響は見落とされてきた。本研究では、テスト粒子シミュレーションを通じて、EASTトカマクのスクレイプオフ層における電子動力学に及ぼすICRFアンテナによって誘起される局所電場の影響を探ることにより、このギャップに対処する。シミュレーション結果は、ICRF静電波束が電子に影響を与える2つの主要なメカニズムを明らかにする。熱電子については、低出力のICRF入射により、低速電子のポンデロモーティブ反射によって波束中心付近の電子密度が約20%顕著に減少する。その結果、電子温度の上昇はこの効果をある程度緩和することができる。波束の中心位相速度近傍の速度を持つ高速電子については、波束による準捕捉時に有意な加速が生じる。具体的には、2 MWのICRF入射下では、初期エネルギー1.5 keVの高速電子の一部が20 keVのエネルギーに達するまで大幅に加速され、平均エネルギー束は7倍に増幅される。出力レベルが8 MWに上昇すると、捕捉速度範囲が広がり、ICRF局所場による熱電子の直接捕捉と加速さえ可能になる。さらに、電子温度が80 eVと高い場合、必要出力を5 MWに低減できる。本研究は、さまざまなICRF出力レベルにおける局所場の電子加速とパラメータ依存性への影響を定性的に評価し、将来の核融合炉におけるICRF運転パラメータの制御に向けた知見を提供するものである。