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Measurements and modelling of solid phase lithium sputtering

J.P. Allain, D.N. Ruzic2002年被引用 61Nuclear FusionIF 3出版社

The absolute sputtering yields of D+, He+ and Li+ on deuterium saturated solid lithium have been measured and modelled at 45° incidence in the energy range 100-1000 eV. The Ion-surface InterAction Experiment (IIAX) was used to measure the absolute sputtering yield of lithium in the solid phase from bombardment with a Colutron ion source. The lithium sample was treated with a deuterium plasma from a hollow cathode source. Measurements also include bombardment of non-deuterium-saturated lithium surfaces. The results lead to the conclusion that the chemical state of the deuterium treated lithium surface plays a major role in the decrease of the lithium sputtering yield. Specifically, preferential sputtering of implanted deuterium atoms over lithium atoms in deuterium treated samples results in a decrease of at least 60% of the lithium sputtering yield, in the case of He+ bombardment. These results also demonstrate that lithium self-sputtering is well below unity and that the fraction of sputtered species in an ionic state ranges from 55 to 65% for incident particle energies between 100 and 1000 eV. Furthermore, correlation of Monte Carlo VFTRIM-3D simulations and IIAX experimental data demonstrate that the surface composition has a one to one ratio between deuterium and lithium components.

日本語訳

重水素飽和固体リチウムに対するD+、He+およびLi+の絶対スパッタリング収量を、45°入射、エネルギー範囲100〜1000 eVにおいて測定し、モデル化した。イオン-表面相互作用実験装置(IIAX)を用いて、Colutronイオン源からの衝撃による固相リチウムの絶対スパッタリング収量を測定した。リチウム試料は、ホローカソード源からの重水素プラズマで処理した。測定には、重水素飽和していないリチウム表面への衝撃も含まれる。その結果から、重水素処理されたリチウム表面の化学状態が、リチウムのスパッタリング収量の減少に主要な役割を果たすという結論が導かれる。具体的には、重水素処理された試料において、注入された重水素原子がリチウム原子よりも優先的にスパッタリングされることにより、He+衝撃の場合、リチウムのスパッタリング収量が少なくとも60%減少する。これらの結果はまた、リチウムの自己スパッタリングが1を十分に下回ること、およびスパッタリングされた粒子のうちイオン状態にあるものの割合が、入射粒子エネルギー100〜1000 eVの範囲で55〜65%であることを示している。さらに、モンテカルロVFTRIM-3DシミュレーションとIIAX実験データの相関により、表面組成が重水素とリチウムの成分比1対1であることが実証される。

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