To investigate dynamic plasma surface interaction processes, we developed the linear plasma generator Upgraded Pilot-PSI (UPP). It couples high-flux plasma exposure with operando ion-beam analysis (IBA) for the first time. UPP generates steady-state hydrogen plasma up to with electron temperatures ranging from to and densities up to . Simultaneously, up to p, He, or He ion beams may be used to analyse the top few of the material using IBA techniques, allowing the study of hydrogen-isotope transport and exchange, dynamic retention, sputtering, and related processes. Alternatively, the ion beam can be used to induce radiation damage in the material while it is simultaneously exposed to plasma, enabling studies of defect stabilisation under plasma conditions. This paper details the design and technical specifications of UPP, focusing on the engineering challenges and solutions involved in integrating operando IBA with a high-flux plasma generator. Our first studies on tungsten exposed to deuterium plasma reveal the mechanism of transport in the surface (first ) and the bulk (beyond up to the beam penetration depth) as well as the time to reach saturation.
動的プラズマ表面相互作用過程を調べるために、我々は線形プラズマ発生装置Upgraded Pilot-PSI (UPP)を開発した。これは、高フラックスプラズマ曝露とオペランドイオンビーム分析(IBA)を初めて組み合わせたものである。UPPは、最大 の定常状態水素プラズマを生成し、電子温度は から の範囲であり、密度は最大 である。同時に、最大 の p、He、または He イオンビームを用いて、IBA技術により材料の最表面数 を分析することができ、水素同位体の輸送と交換、動的保持、スパッタリング、および関連プロセスの研究が可能である。あるいは、イオンビームは、材料がプラズマに同時に曝露されている間に放射線損傷を誘起するために使用でき、プラズマ条件下での欠陥安定化の研究を可能にする。本論文は、UPPの設計と技術仕様を詳述し、オペランドIBAと高フラックスプラズマ発生装置の統合に関わる工学的課題と解決策に焦点を当てている。重水素プラズマに曝露したタングステンに関する我々の最初の研究では、表面(最初の )およびバルク( を超えてビーム侵入深さまで)における 輸送のメカニズムと、飽和に達するまでの時間が明らかになる。