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Deuterium as a cleaning gas for ITER first mirrors: experimental study on beryllium deposits from laboratory and JET-ILW

M. Ben Yaala, L. Moser, R. Steiner, B. Butoi, P. Dinca, P. Petersson, L. Marot, E. Meyer2019年被引用 15Nuclear FusionIF 3出版社

Cleaning techniques for metallic first mirrors are needed in more than 20 optical diagnostic systems from ITER to avoid reflectivity losses. Plasma sputtering is considered as one of the most promising techniques to remove deposits coming from the main wall (mainly beryllium and tungsten). Previous plasma cleaning studies were conducted on mirrors contaminated with beryllium and tungsten where argon and/or helium were employed as process gas, demonstrating removal of contamination and recovery of optical properties. Still, both above-mentioned process gases have a non-negligible sputtering yield on mirrors. In this work, we explored the possibility to use a sputter gas having a small impact on mirrors while being efficient on Be deposits, e.g. deuterium. Two sputtering regimes were studied, on laboratory deposits as well as on mirrors exposed in JET-ILW, namely physical sputtering (220 eV ion energy) and chemically assisted physical sputtering (60 eV ion energy) using capacitively coupled plasma with radio frequency. The removal of Be and mixed Be/W contaminants, as well as the recovery of reflectivity, was achieved when deuterium was employed at 220 eV while cleaning at 60 eV was only fully efficient on laboratory beryllium deposits. On mirrors exposed in JET-ILW, the situation is more complex due to the presence of tungsten in the contaminant film, leading to the formation of a tungsten enriched surface that is not easily sputtered, especially at 60 eV.

日本語訳

金属製第一ミラーにおける洗浄技術は、ITERから20以上の光学診断システムにおいて反射率の低下を回避するために必要とされている。プラズマスパッタリングは、主壁(主にベリリウムおよびタングステン)から堆積した付着物を除去するための最も有望な手法の一つと考えられている。これまでのプラズマ洗浄研究は、ベリリウムおよびタングステンで汚染されたミラーを対象とし、プロセスガスとしてアルゴンおよび/またはヘリウムを用いて実施され、付着物の除去と光学特性の回復が実証されてきた。しかしながら、上述の両プロセスガスはミラーに対して無視できないスパッタ収率を有する。本研究では、ベリリウム付着物に対して高い除去効率を維持しつつ、ミラーへの影響が小さいスパッタガスとして重水素の使用可能性を検討した。実験室で作製した付着物試料およびJET-ILWで曝露されたミラーの両方に対して、容量結合プラズマを用いた物理スパッタリング(220 eVのイオンエネルギー)と化学的支援物理スパッタリング(60 eVのイオンエネルギー)の2つのスパッタリング条件を検討した。その結果、220 eVでの重水素スパッタリングにより、ベリリウムおよびベリリウム/タングステン混合付着物の除去と反射率の回復が達成された。一方、60 eVでの洗浄は実験室のベリリウム付着物に対してのみ完全に有効であった。JET-ILWで曝露されたミラーでは、付着膜中のタングステンの存在により状況はより複雑であり、特に60 eVではスパッタリングされにくいタングステン濃縮層の形成が生じた。

装置

iter高精度(タイトル一致)jet高精度(タイトル一致)

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ITERJETDeuteriumBeryllium
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