The possible reduction of the chemical erosion yield of carbon Ychem withincreasing hydrogenic ion flux is a critical issue for the use ofcarbon based plasma facing materials in future high flux confinementdevices. The PISCES linear plasma device is used to assess carbonYchem through nearly an order of magnitude scan in flux (⩽ 1023 s-1 m-2) and plasma density, while controlling other exposureparameters that are known to affect Ychem; namely, incident ion energyand surface temperature. Two independent techniques are used tomeasure Ychem, CD band emission spectroscopy and sample massloss. Both techniques are carefully benchmarked using a combination ofmethane injection experiments and modelling. The key results of thisstudy are that the CD molecular band photon efficiency is sensitive tothe plasma density at fixed electron temperature and that theredeposition efficiency of hydrocarbons increases with density,thereby decreasing the measured net erosion. After taking these trendsinto account, no measurable flux dependence of Ychem is found fromeither of the two measurement techniques, with Ychem ∼ 3-5% for anincident deuterium ion energy of 30 eV. Independent scans of incidentenergy and surface temperature confirm previously measured (by ionbeams with relatively low fluxes) Ychem dependences on theseparameters. These results together suggest that apparent reductions ofYchem in plasma devices with increasing flux are more likely to beattributed to either increasing redeposition efficiency with density,changing dissociation/excitation/transport properties of thehydrocarbons near the surface, decreasing incident energy or somecombination thereof.
炭素の化学エロージョン収率Ychemが水素同位体イオン束の増加に伴い減少する可能性は、将来の高束密度閉じ込め装置における炭素系プラズマ対向材料の使用にとって重要な問題である。PISCES線形プラズマ装置を用いて、Ychemに影響を与えることが知られている他の曝露パラメータ、すなわち入射イオンエネルギーと表面温度を制御しながら、ほぼ一桁にわたる束（⩽ 1023 s-1 m-2）およびプラズマ密度の走査を通じて炭素Ychemを評価した。Ychemの測定には、CDバンド発光分光法と試料質量損失の2つの独立した手法を用いた。両手法は、メタン注入実験とモデリングの組み合わせによって慎重にベンチマークされた。本研究の主な結果は、CD分子バンドの光子効率が固定された電子温度においてプラズマ密度に敏感であること、および炭化水素の再堆積効率が密度とともに増加し、それによって測定される正味のエロージョンが減少することである。これらの傾向を考慮に入れると、入射重水素イオンエネルギー30 eVにおいて、Ychemの測定可能な束依存性は2つの測定手法のいずれにおいても見られず、Ychemは約3〜5%であった。入射エネルギーと表面温度の独立した走査は、以前に（比較的低い束でのイオンビームによって）測定されたYchemのこれらのパラメータへの依存性を確認した。これらの結果は総合すると、プラズマ装置におけるYchemの見かけ上の束増加に伴う減少は、密度に伴う再堆積効率の増加、表面近傍の炭化水素の解離/励起/輸送特性の変化、入射エネルギーの減少、またはこれらの何らかの組み合わせのいずれかに起因する可能性が高いことを示唆している。