As was already observed experimentally, the erosion of tungsten (W) coated graphite (C) tiles in ASDEX-Upgrade (AUG) exhibits regular erosion patterns on the micrometre rough surfaces whose origin is not fully understood: surfaces inclined towards the magnetic field direction show strong net W erosion while surfaces facing away from the magnetic field are shadowed from erosion and may even exhibit net W deposition. This paper presents a model which explains the observed erosion/deposition pattern. It is based on the calculation of ion trajectories dropping through the plasma sheath region to the rough surface with combined magnetic and electrical fields. The surface topography used in the calculations is taken from atomic force microscope measurement of real AUG tiles. The calculated erosion patterns are directly compared with secondary electron microscopy images of the erosion zones from the same location. The erosion on surfaces inclined towards the magnetic field is due to ions from the bulk plasma which enter the sheath gyrating along the magnetic field lines, while the deposition of W on surfaces facing away from the magnetic field is due to promptly re-deposited W that is ionized still within the magnetic pre-sheath.
既に実験的に観察されているように、ASDEX-Upgrade（AUG）におけるタングステン（W）被覆グラファイト（C）タイルの侵食は、マイクロメートル規模の粗面において規則的な侵食パターンを示し、その起源は完全には理解されていない。すなわち、磁場方向に対して傾斜した表面は強いW侵食を示す一方、磁場方向から遮蔽された表面は侵食されず、むしろWの堆積を示す場合もある。本論文は、この観察された侵食・堆積パターンを説明するモデルを提示する。このモデルは、粗面に対して磁場と電場が組み合わされたプラズマシース領域を通過するイオンの軌跡の計算に基づいている。計算に用いられた表面形状は、実機のAUGタイルの原子間力顕微鏡測定から取得されたものである。計算された侵食パターンは、同じ箇所の侵食領域の走査型電子顕微鏡像と直接比較される。磁場方向に対して傾斜した表面での侵食は、バルクプラズマから磁力線に沿って旋回しながらシースに入射するイオンによるものであり、一方、磁場方向から遮蔽された表面でのW堆積は、磁気プレシース内でまだ電離状態にある即時再堆積Wによるものである。