Describing the time evolution of Plasma Facing Materials (PFMs), through quantitative evaluations of erosion, roughness, and physical properties degradation, is one of the difficult challenges to reach the goal of efficient energy production by nuclear fusion. To follow all the aging-connected physical and chemical phenomena through their characteristic dimensional scale, and to estimate the PFM microstructural transformation over time, we propose a predictive sequential multiscale methodology, consisting of two database-provided coupled codes. The first is a time-dependent, volume-averaged, plasma simulator which describes completely this system in terms of thermodynamics, composition and evaluation of the sheath potential. Plasma solutions are geometrically rearranged by adding surface reactions and 3D geometric features. To increase sensitivity, plasma information is provided to the second code as an initial condition. Such a code is a 3D kinetic Monte Carlo in-cell algorithm for the nano-scale erosion simulation describing the PFM interactions through an extendable set of physical phenomena, such as sticking, sputtering, ion enhanced removals and ion penetration. In this paper, we perform simulations for the case of study of Hydrogen (H) plasmas produced in linear devices, reaching the quasi-atomic detail of the plasma induced material modification of tungsten (W) as PFM.
プラズマ対向材料（PFMs）の時間発展を、侵食、粗さ、および物理特性の劣化の定量的評価を通じて記述することは、核融合による効率的なエネルギー生成という目標を達成するための困難な課題の一つである。経年劣化に関連するすべての物理的・化学的现象を特徴的な寸法スケールにわたって追跡し、PFMの微細構造変化を経時的に推定するために、我々は2つのデータベース提供の連成コードから構成される予測的シーケンシャルマルチスケール手法を提案する。1つ目は時間依存、体積平均のプラズマシミュレータであり、熱力学、組成、シース電位の評価の観点からこの系を完全に記述する。プラズマ解は、表面反応と3次元幾何学的特徴を追加することによって幾何学的に再構成される。感度を高めるため、プラズマ情報は初期条件として2つ目のコードに提供される。そのようなコードは、ナノスケールの侵食シミュレーションのための3次元キネティックモンテカルロ・インセルアルゴリズムであり、付着、スパッタリング、イオン促進除去、イオン侵入などの拡張可能な物理現象群を通じてPFM相互作用を記述する。本論文では、線形装置で生成される水素（H）プラズマの研究ケースについてシミュレーションを実行し、PFMとしてのタングステン（W）のプラズマ誘起材料改質の準原子的詳細に到達する。