Cavity-ring-down spectroscopy (CRDS) was implemented to measure the re-deposition of liquid tin under a high flux plasma beam in the linear plasma device Pilot-PSI. A capillary porous system (CPS) consisting of a molybdenum cup and tungsten meshes (pores diameters of 0.2 mm and 0.44 mm) was filled with tin and exposed to argon plasma. The absorption of a UV laser-beam at 286.331 nm was used to determine a number of sputtered neutral tin atoms. The incoming flux of argon ions of ~50 eV was 1.6–2.7 × 1023 m−2 s−1, and the sample temperature measured by pyrometry varied from 850 °C to 1200 °C during exposures. The use of CRDS for measuring absolute number of particles under such plasma exposure was demonstrated for the first time. The number of sputtered tin particles in the cavity region assuming no losses would be expected to be 5.5 × 1011–1.2 × 1012 while CRDS measurements showed only 5.7–9.9 × 108. About 98–99.8% of sputtered particles were therefore found to not reach the CRDS observation volume. Spectroscopic ratios of Sn I to Sn II ions, as well as equilibrium considerations, indicate that fast ionization as well as plasma entrainment of neutrals is responsible for the discrepancy. This would lead to high re-deposition rates, implying a lowered contamination rate of core plasma and lower required replenishment rates at high-flux conditions than would otherwise be expected.
キャビティリングダウン分光法（CRDS）を実装し、線形プラズマ装置Pilot-PSIにおいて高フラックスプラズマビーム下での液体スズの再堆積を測定した。モリブデンカップとタングステンメッシュ（細孔径0.2 mmおよび0.44 mm）からなるキャピラリ多孔質システム（CPS）にスズを充填し、アルゴンプラズマに曝露した。286.331 nmにおけるUVレーザービームの吸収を用いて、スパッタされた中性スズ原子の数を決定した。入射アルゴンイオンフラックスは約50 eVで1.6–2.7 × 10²³ m⁻² s⁻¹であり、曝露中の試料温度はパイロメトリにより850 °Cから1200 °Cの範囲で変化した。損失がないと仮定した場合、キャビティ領域内のスパッタスズ粒子数は5.5 × 10¹¹–1.2 × 10¹²個と予想されるが、CRDS測定では5.7–9.9 × 10⁸個のみが観測された。したがって、スパッタ粒子の約98–99.8%はCRDS観測領域に到達しないことが判明した。Sn IとSn IIの分光強度比および平衡状態の考察から、この不一致は高速イオン化と中性粒子のプラズマ同伴によるものであることが示された。この結果は、高フラックス条件下では再堆積率が高く、コアプラズマの汚染率が低く、必要とされる補充率が従来の予想よりも低いことを示唆している。