In this paper the 0D description of magnetized toroidal hydrogen–helium RF discharges is presented. The model has been developed to obtain insight into the ICRF plasma parameters, particle fluxes to the walls and the main collisional processes, which is especially relevant for the comprehension of RF wall conditioning discharges. The 0D plasma description is based on the energy and particle balance equations for nine principal species: H, H+, H2, , , He, He+, He2+ and e−. It takes into account (1) elementary atomic and molecular collision processes, such as excitation/radiation, ionization, dissociation, recombination and charge exchange, and elastic collisions, (2) particle losses due to the finite dimensions of the plasma volume and confinement properties of the magnetic configuration, and particle recycling, (3) active pumping and gas injection, (4) RF heating of electrons (and protons) and (5) a qualitative description of plasma impurities. The model reproduces experimental plasma density dependences on discharge pressure and coupled RF power, both for hydrogen RF discharges (ne ≈ (1–5) × 1010 cm−3) and for helium discharges (ne ≈ (1–5) × 1011 cm−3). The modeled wall fluxes of hydrogen discharges are in the range of what is estimated experimentally: ∼1019–1020 m−2 s−1 for H atoms, and ∼1017–1018 m−2 s−1 for H+ ions. It is found that experimentally evidenced impurity concentrations have an important impact on the plasma parameters, and that wall desorbed particles contribute largely to the total wall flux.
本論文では、磁化トーラス状水素-ヘリウムRF放電の0次元記述を提示する。このモデルは、ICRFプラズマパラメータ、壁への粒子フラックス、および主要な衝突過程に関する知見を得るために開発されたものであり、RF壁コンディショニング放電の理解に特に重要である。この0次元プラズマ記述は、9つの主要な粒子種、すなわちH、H+、H2、He、He+、He2+、およびe-に対するエネルギー収支方程式と粒子収支方程式に基づいている。このモデルは、(1)励起/放射、電離、解離、再結合、電荷交換、および弾性衝突などの素過程の原子・分子衝突過程、(2)プラズマ体積の有限性と磁場配位の閉じ込め特性による粒子損失、および粒子リサイクリング、(3)能動排気とガス注入、(4)電子（および陽子）のRF加熱、ならびに(5)プラズマ不純物の定性的記述を考慮している。このモデルは、水素RF放電（ne ≈ (1–5) × 10¹⁰ cm⁻³）およびヘリウムRF放電（ne ≈ (1–5) × 10¹¹ cm⁻³）の両方について、実験におけるプラズマ密度の放電圧力および結合RF電力への依存性を再現する。モデル化された水素放電の壁フラックスは、実験的に推定された範囲、すなわちH原子については∼10¹⁹–10²⁰ m⁻² s⁻¹、H+イオンについては∼10¹⁷–10¹⁸ m⁻² s⁻¹の範囲内にある。実験的に確認された不純物濃度がプラズマパラメータに重要な影響を及ぼすこと、および壁から脱離した粒子が総壁フラックスに大きく寄与することが見出された。