Plasma facing components (PFCs) using liquid metals provide the opportunity to control wall recycling, migrate heat load, and achieve replenishment for surface self-remediation. This results from the manipulation of liquid flow using specifically designed feeding structures. Liquid lithium PFCs have improved fusion operations in various devices in terms of increasing stored energy and accessing radiation dissipation near the PFCs to reduce the wall heat load. Nonetheless, it is possible for the surface to become unstable at which plasma, magnetic and liquid parameters are temporally changed by some causes, suggesting that careful manipulation is required. The present study focuses on establishing a theoretical model using the linearized energy principle with the velocity potential analysis including the viscosity and electrical resistivity of the liquid. We use this to characterize the surface instability of an arbitrary liquid conductor flowing on a flat surface under a plasma sheath electric field and an external magnetic field. Subsequently, several factors (flow speed, surface inclination, thickness, surface tension, liquid density, electrical resistivity, plasma parameters, external magnetic field, and perturbation orientation with respect to magnetic field) were considered on a case-by-case basis to gain understanding on their influence on stability. Finally, the model was compared with camera observations on the flowing liquid Li limiter (FLiLi) of the EAST tokamak to describe the instability events and to estimate the timescale of initial instability development. The model describes well the instability related to the liquid Li of the FLiLi experiments.
液体金属を用いたプラズマ対向機器（PFCs）は、壁リサイクリングの制御、熱負荷の移動、表面の自己修復のための補充を実現する機会を提供する。これは、特別に設計された供給構造を用いた液体流の操作に起因する。液体リチウムPFCは、蓄積エネルギーの増加や、PFC近傍での放射損失へのアクセスを実現して壁熱負荷を低減するという点で、様々な装置における核融合運転を改善してきた。それにもかかわらず、何らかの原因によってプラズマ、磁場、液体のパラメータが時間的に変化する際に、表面が不安定になる可能性があり、慎重な操作が必要であることが示唆される。本研究は、液体の粘性と電気抵抗率を含む速度ポテンシャル解析を伴う線形化エネルギー原理を用いた理論モデルの構築に焦点を当てる。これを用いて、プラズマシース電場と外部磁場の下で平らな表面上を流れる任意の液体導体の表面不安定性を特徴付ける。続いて、いくつかの因子（流速、表面傾斜、厚さ、表面張力、液体密度、電気抵抗率、プラズマパラメータ、外部磁場、および磁場に対する摂動の方向）を個別に検討し、安定性への影響の理解を得る。最後に、このモデルをEASTトカマクの流動液体リチウムリミッタ（FLiLi）のカメラ観測と比較し、不安定事象を記述し、初期不安定性発達の時間スケールを推定した。このモデルは、FLiLi実験の液体リチウムに関連する不安定性をよく記述している。