This paper investigates the effect of ion- and electron-induced electron emission from a material wall on the voltage drop across the adjacent plasma sheath ('plasma sheath voltage' (PSV)). For this purpose, a new model involving a collisionless kinetic sheath consistently coupled to a fluid presheath is developed. The underlying analysis is valid for plasmas (both magnetized and unmagnetized) in which the Debye length is much smaller than the relevant characteristic presheath length ('asymptotic two-scale limit'). Material boundaries of particular interest are first walls and divertor target plates bounding magnetically confined fusion plasmas. Majority and impurity ions accelerated from the bulk plasma towards the material boundary release electrons flowing back into the plasma, thus giving rise to a lower PSV than without electron emission. In addition, sufficiently fast electrons from the plasma impinging on the bounding wall produce secondary electrons and are also partially reflected. The present work represents a first step in which the unmagnetized case is considered and electron reflection at the wall is still neglected. Considering typical boundary–plasma conditions and characteristic particle-induced electron emission (PIEE) data (i.e. electron yields and energy distributions), the PSV is self-consistently calculated by means of the new sheath model, showing appreciable effects of PIEE.
本論文は、材料壁からのイオンおよび電子誘起電子放出が、隣接するプラズマシース（「プラズマシース電圧」（PSV））の電圧降下に及ぼす影響を調査するものである。この目的のため、流体プリシースに一貫して結合した無衝突運動論シースを伴う新しいモデルが開発された。本解析は、デバイ長が関連する特性プリシース長よりもはるかに小さい（「漸近的二スケール極限」）プラズマ（磁化されたものとされていないものの両方）に対して有効である。特に関心のある材料境界は、磁化された核融合プラズマを閉じ込める第一壁およびダイバータ標的板である。バルクプラズマから材料境界に向かって加速された主要イオンおよび不純物イオンは、プラズマ中に逆流する電子を放出し、その結果、電子放出がない場合よりもPSVが低くなる。さらに、プラズマから境界壁に衝突する十分に高速な電子は、二次電子を生成し、また部分的に反射される。本研究は、非磁化の場合を考察し、壁での電子反射をまだ無視した最初のステップを表す。典型的な境界プラズマ条件と特性粒子誘起電子放出（PIEE）データ（すなわち、電子収量とエネルギー分布）を考慮して、新しいシースモデルを用いてPSVを自己無撞着に計算し、PIEEの顕著な影響を示す。