An analytic model is derived for electromagnetic radio-frequency (rf) wave propagation in a waveguide filled by a tenuous plasma with a slightly tilted equilibrium magnetic field B, i.e., by=By/B1. The calculation includes the self-consistent coupling between the rf fields and the sheaths at the sheath-plasma interface and can be used to describe antenna sheath formation in the ion cyclotron range of frequencies. The sheaths are treated as thin vacuum regions separating the plasma and metal wall. It is shown that (i) the launched fast wave is coupled parasitically to the slow wave by the magnetic field structure when by0 and by the sheath boundary condition, (ii) the sheath voltage Vsh is dependent on the wave parity (the “antenna phasing”), and (iii) integrating the vacuum rf fields, Vvac=dzE(vac), gives an overestimate of the sheath voltage. An expression for the self-consistent Vsh including plasma effects and satisfying the Child–Langmuir law is obtained.

1.
J. -M.
Noterdaeme
and
G.
Van Oost
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
35
,
1481
(
1993
).
2.
J. R.
Myra
,
D. A.
D’Ippolito
,
D. A.
Russell
,
L. A.
Berry
,
E. F.
Jaeger
, and
M. D.
Carter
,
Nucl. Fusion
46
,
S455
(
2006
).
3.
F. W.
Perkins
,
Nucl. Fusion
29
,
583
(
1989
).
4.
R.
Chodura
and
J.
Neuhauser
, in
Proceedings of the 16th European Conference on Controlled Fusion and Plasma Heating
, Venice, Italy (
European Physical Society
,
Petit-Lancy
,
1989
), Vol.
13B
, Part III, p.
1089
;
5.
R.
Van Nieuwenhove
and
G.
Van Oost
,
J. Nucl. Mater.
162–164
,
288
(
1989
).
6.
J. R.
Myra
,
D. A.
D’Ippolito
, and
M. J.
Gerver
,
Nucl. Fusion
30
,
845
(
1990
).
7.
D. A.
D’Ippolito
,
J. R.
Myra
,
M.
Bures
, and
J.
Jacquinot
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
33
,
607
(
1991
).
8.
J. R.
Myra
,
D. A.
D’Ippolito
, and
M.
Bures
,
Phys. Plasmas
1
,
2890
(
1994
).
9.
D. A.
D’Ippolito
and
J. R.
Myra
,
Phys. Plasmas
13
,
102508
(
2006
).
10.
J. R.
Myra
,
D. A.
D’Ippolito
, and
Y. L.
Ho
,
Fusion Eng. Des.
31
,
291
(
1996
).
11.
L.
Colas
,
S.
Heuraux
,
S.
Brémond
, and
G.
Bosia
,
Nucl. Fusion
45
,
767
(
2005
).
12.
R.
Maggiora
, private communication (Nov. 15,
2007
).
13.
F.
Jaeger
,
L. A.
Berry
,
J. S.
Tolliver
, and
D. B.
Batchelor
,
Phys. Plasmas
2
,
2597
(
1995
).
14.
M. D.
Carter
,
V.
Godyak
,
D.
Hoffman
,
W. S.
Lee
,
D.
Buchberger
, and
P. M.
Ryan
,
J. Appl. Phys.
100
,
073305
(
2006
).
15.
D. A.
D’Ippolito
,
J. R.
Myra
,
J.
Jacquinot
, and
M.
Bures
,
Phys. Fluids B
5
,
3603
(
1993
).
16.
D. A.
D’Ippolito
,
J. R.
Myra
,
J. H.
Rogers
,
K. W.
Hill
,
J. C.
Hosea
,
R.
Majeski
,
G.
Schilling
,
J. R.
Wilson
,
G. R.
Hanson
,
A. C.
England
, and
J. B.
Wilgen
,
Nucl. Fusion
38
,
1543
(
1998
).
17.
For an early discussion of the unmagnetized case, see
G.
Bekefi
,
Radiation Processes in Plasmas
(
Wiley
,
New York
,
1966
), pp.
168
173
.
18.
R. L.
Stenzel
,
Phys. Rev. Lett.
60
,
704
(
1988
);
[PubMed]
R. L.
Stenzel
,
Phys. Fluids B
1
,
2273
(
1989
) and references therein.
19.
J. R.
Myra
,
D. A.
D’Ippolito
,
D. W.
Forslund
, and
J. U.
Brackbill
,
Phys. Rev. Lett.
66
,
1173
(
1991
).
20.
M. A.
Lieberman
,
A. J.
Lichtenberg
,
E.
Kawamura
,
T.
Mussenbrock
, and
R. P.
Brinkmann
,
Phys. Plasmas
15
,
063505
(
2008
) and references therein.
21.
D. A.
D’Ippolito
,
J. R.
Myra
,
E. F.
Jaeger
, and
L. A.
Berry
,
Phys. Plasmas
15
,
102501
(
2008
).
23.
F. F.
Chen
,
Introduction to Plasma Physics
(
Plenum
,
New York
,
1974
).
24.
B.
Van Compernolle
,
R.
Maggiora
,
G.
Vecchi
,
D.
Milanesio
, and
R.
Koch
, in
Proceedings of the 2008 European Physical Society Conference on Plasma Physics
(
European Physical Society
,
Hersonissos
,
2008
), paper P2.105.
25.
M. G.
Bell
,
K. M.
McGuire
,
V.
Arunasalam
,
C. W.
Barnes
,
S.
Batha
,
G.
Bateman
,
M.
Beer
,
R. E.
Bell
,
M.
Bitter
,
N. L.
Bretz
,
R.
Budny
,
C. E.
Bush
,
S. R.
Cauffman
,
Z.
Chang
,
C. S.
Chang
,
C. Z.
Cheng
,
D. S.
Darrow
,
R.
Dendy
,
W.
Dorland
,
H.
Duong
,
R.
Durst
,
P. C.
Efthimion
,
D.
Ernst
,
H.
Evenson
,
N.
Fisch
,
R.
Fisher
,
R. J.
Fonck
,
E. D.
Fredrickson
,
G. Y.
Fu
,
H. P.
Furth
,
N.
Gorelenkov
,
B.
Grek
,
L. R.
Grisham
,
G. W.
Hammett
,
G. R.
Hanson
,
R. J.
Hawryluk
,
W.
Heidbrink
,
H. W.
Herrmann
,
K. W.
Hill
,
J. C.
Hosea
,
H.
Hsuan
,
M.
Hughes
,
R. A.
Hulse
,
A. C.
Janos
,
D. L.
Jassby
,
F. C.
Jobes
,
D. W.
Johnson
,
L. C.
Johnson
,
J.
Kesner
,
H.
Kugel
,
N. T.
Lam
,
B.
Leblanc
,
F. M.
Levinton
,
J.
Machuzak
,
R. P.
Majeski
,
D. K.
Mansfield
,
E.
Mazzucato
,
M.
Mauel
,
J.
McChesney
,
D. C.
McCune
,
G.
McKe
e,
D. M.
Meade
,
S. S.
Medley
,
D. R.
Mikkelsen
,
S. V.
Mirnov
,
D.
Mueller
,
G. A.
Navratil
,
R.
Nazikian
,
D. K.
Owens
,
H. K.
Park
,
W.
Park
,
P.
Parks
,
S. F.
Paul
,
M.
Petrov
,
C. K.
Phillips
,
M.
Phillips
,
S.
Pitcher
,
A. T.
Ramsey
,
M. H.
Redi
,
G.
Rewoldt
,
D.
Roberts
,
J.
Rogers
,
E.
Ruskov
,
S. A.
Sabbagh
,
M.
Sasao
,
G.
Schilling
,
J.
Schivell
,
G. L.
Schmidt
,
S. D.
Scott
,
I.
Semenov
,
S.
Sesnic
,
C. H.
Skinner
,
B. C.
Stratton
,
J. D.
Strachan
,
W.
Stodiek
,
E.
Synakowski
,
H.
Takahashi
,
W.
Tang
,
G.
Taylor
,
J.
Terry
,
M. E.
Thompson
,
W.
Tighe
,
S.
von Goeler
,
R.
White
,
R. M.
Wieland
,
J. R.
Wilson
,
K. L.
Wong
,
P.
Woskov
,
G. A.
Wurden
,
M.
Yamada
,
K. M.
Youn
g,
M. C.
Zarnstorff
, and
S. J.
Zweben
,
Nucl. Fusion
35
,
1429
(
1995
).
26.
See Table I and Eq. (3) in
D. A.
D’Ippolito
,
J. R.
Myra
,
J. H.
Rogers
,
K. W.
Hill
,
J. C.
Hosea
,
R.
Majeski
,
G.
Schilling
,
J. R.
Wilson
,
G. R.
Hanson
,
A. C.
England
, and
J. B.
Wilgen
,
Nucl. Fusion
38
,
1543
(
1998
).
27.
L.
Colas
,
L.
Costanzo
,
C.
Desgranges
,
S.
Brémond
,
J.
Bucalossi
,
G.
Agarici
,
V.
Basiuk
,
B.
Beaumont
,
A.
Bécoulet
, and
F.
Nguyen
,
Nucl. Fusion
43
,
1
(
2003
).
28.
D. A.
D’Ippolito
and
J. R.
Myra
,
Phys. Plasmas
3
,
420
(
1996
).
29.
M. A.
Lieberman
and
V. A.
Godyak
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
26
,
955
(
1998
).
30.
V. A.
Godyak
,
Sov. Phys. Tech. Phys.
16
,
1364
(
1972
).
31.
J. R.
Myra
,
D. A.
D’Ippolito
, and
R.
Majeski
, in
Proceedings of the 1994 European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics
(
European Physical Society
,
Montpellier
,
1994
), Vol.
18B
, Part II, p.
894
.
You do not currently have access to this content.