离子回旋共振加热是托卡马克中主要辅助加热手段之一,并在实验中取得了广泛成功。然而,离子回旋波驱动的射频鞘会导致强烈的等离子体与边界材料的相互作用,引起杂质溅射、边界功率损失、热斑等一系列负面效应和问题,不仅改变边界等离子体参数,影响等离子体性能,而且会对材料造成损伤,缩短材料寿命。因此,研究离子回旋加热下的射频鞘特性以及射频鞘对功率耗散和杂质溅射的影响,对提高离子回旋加热效率,延长相关部件寿命,控制主约束区的杂质水平等有着重要意义。本文基于流体模型并结合等效电路模型,发展了一个适合描述聚变等离子体中离子回旋频段下的一维无碰撞射频等离子体鞘层模型。流体模型中包含了高能离子成分以及杂质离子成分,并且考虑了离子温度对鞘层结构的影响,而材料表面的瞬态电势和鞘层厚度的关系则通过等效电路模型自洽地确定。模拟结果表明,由离子回旋加热引起的扰动电流的大小和频率、等离子体参量对鞘层结构有很大的影响。鞘层电势随扰动电流振幅的增大而增大,随频率的增大而减小。等离子体密度,背景离子温度,以及高能离子能量或浓度增大时会导致鞘层电势降低。对于轻杂质离子,其浓度在托卡马克边界区域通常是百分之几以下的量级,在这种条件下,杂质离子的浓度的变化对鞘层结构影响很小。鞘层电势是影响鞘功率损耗的重要因素。扰动电流振幅增大、频率减小时,鞘层电势减小,鞘层对于离子的加速作用变小,因此鞘功率损耗减小。高能离子能量或浓度增大时,鞘层电势减小,但流向材料表面的离子流增大,当扰动电流较小时,鞘功率损耗随高能离子能量或浓度的增大先减小后增大;当扰动电流较大时,随高能离子能量或浓度的增大,鞘层电势的减小幅度远大于离子流的增大幅度,因此鞘功率损耗减小。对于碳、钛、铁和钼材料,随着鞘层电势增大,氢、氘、锂、碳、氧等离子经过射频鞘的高电势差加速后轰击材料表面的能量大大增加,杂质溅射产额明显增大。当鞘层电势较低时,杂质的产额主要由高能离子轰击所贡献;随着鞘层电势的升高,鞘层对于离子加速作用增强,其他离子导致的杂质溅射产额显著提升,并超过高能离子,由此可见,鞘层电势的增大是导致杂质溅射增大的重要因素。