The 3D Monte-Carlo code ERO, which calculates erosion processes, impurity transport and deposition, has been coupled to the Monte-Carlo code SDTrimSP to simulate material mixing processes in wall components more precisely. SDTrimSP calculates the transport of ions in solids by means of the binary collision approximation. It keeps track of the depth dependent material concentration caused by implantation of projectiles in the solid. Modelling with the coupled code ERO-SDTrimSP is compared with dedicated TEXTOR experiments, in which the formation of mixed surface layers has been studied. In these experiments, methane 13CH4 was injected through graphite and tungsten spherical limiters during plasma exposure and the local redeposition probability was measured post mortem by surface analysis. A significant difference in the carbon 13C deposition efficiency, i.e. the ratio of the locally deposited to the injected amount of 13C, between graphite and tungsten was found, 4% for graphite and 0.3% for tungsten. Modelling of these experiments with ERO-SDTrimSP reproduces the clear substrate dependence with about 2% deposition efficiency on graphite and less than 0.5% on tungsten in good agreement with the experiment. The reason for the substrate dependence is partly explained by the higher physical sputtering yield of a thin carbon film on top of a tungsten substrate compared with a graphite substrate. Surface roughness of the materials has been identified to be another important parameter for the interpretation of the results.
3次元モンテカルロコードEROは、侵食過程、不純物輸送および堆積を計算するものであり、モンテカルロコードSDTrimSPと結合され、壁構成要素における材料混合過程をより精密にシミュレーションする。SDTrimSPは、二元衝突近似により固体中のイオン輸送を計算する。これは、固体中への入射粒子の注入によって引き起こされる深さ依存の材料濃度変化を追跡する。結合コードERO-SDTrimSPによるモデリングは、専用のTEXTOR実験と比較される。これらの実験では、混合表面層の形成が研究された。実験では、メタン13CH4が黒鉛およびタングステン球状リミッターを通してプラズマ中に注入され、局所的な再堆積確率が実験後の表面分析により測定された。黒鉛とタングステンの間で、炭素13Cの堆積効率、すなわち局所堆積量と注入量の比に有意な差が見られ、黒鉛では4%、タングステンでは0.3%であった。ERO-SDTrimSPによるこれらの実験のモデリングは、明確な基板依存性を再現し、黒鉛上では約2%、タングステン上では0.5%未満の堆積効率を示し、実験と良好な一致を示した。基板依存性の理由は、タングステン基板上の薄い炭素膜の物理スパッタリング収率が黒鉛基板上よりも高いことによって部分的に説明される。材料の表面粗さも、結果の解釈におけるもう一つの重要なパラメータであることが特定された。