Experimental data, together with interpretive modeling tools, are examined to study trends in the tungsten (W) source in the all-W environment of the WEST tokamak, both from the divertor and from the main chamber. In particular, a poloidal limiter protecting an ion cyclotron resonance heating (ICRH) antenna is used as proxy for main chamber sourcing. The key study is carried out by stepping up lower hybrid current drive (LHCD) power, as the only auxiliary power source. Limiter and divertor W sources exhibit a qualitatively similar proportionality to the total power crossing the separatrix, PSEP, although the main chamber source remains substantially lower than the divertor source, for the range of PSEP accessible in the experiments. Intepretive modeling of the limiter source is carried out with a particle-in-cell (PIC) sheath model coupled to a surface sputtering model. Oxygen is used as a proxy for all light impurity species allowing for characterization of the critical W erosion regions. To get a good quantitative match to the data, it is necessary to assume that the oxygen arrives at the surface mostly at high ionization stages (4+ and above). A separate simulation with SOLEDGE-EIRENE, constrained to measured upstream scrape-off-layer plasma profiles, gives oxygen fractional abundances that are compatible with the PIC simulation result. This is understood to arise from transport processes that dominate over recombination. Substituting the LHCD by ICRH, in an equivalent experiment, the local W source exhibits a 3× enhancement. This can be matched by the simulation, by assuming local RF electric field rectification, based on ∼100 eV peak-to-peak, near-antennna electric field. This work has highlighted the particular importance of understanding the ion charge state balance of light impurities as these are most likely the dominant sputtering species in fusion devices with high-Z walls.
実験データは、解釈的モデリングツールとともに、WESTトカマクの全W環境におけるタングステン（W）源の傾向を調べるために用いられる。特に、ダイバータと主 chamber の両方からのW源に注目する。具体的には、イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）アンテナを保護するポロイダルリミターが、主 chamber からのW源の代理指標として用いられる。主要な研究は、唯一の補助加熱源である低域混成波電流駆動（LHCD）電力を段階的に増加させることによって実施される。リミターとダイバータのW源は、実験で到達可能なPSEP（セパラトリクスを横切る全電力）の範囲において、PSEPに対して定性的に類似した比例関係を示すが、主 chamber からのW源はダイバータ源よりも大幅に低いままである。リミター源の解釈的モデリングは、粒子セル（PIC）シースモデルと表面スパッタリングモデルを結合して実施される。酸素はすべての軽不純物種の代理として用いられ、臨界となるW侵食領域の特性評価を可能にする。実験データとの良好な定量的一致を得るためには、酸素が主に高電離状態（4価以上）で表面に到達すると仮定する必要がある。SOLEDGE-EIRENEを用いた別のシミュレーションは、測定されたスクレイプオフ層（SOL）の上流プラズマプロファイルに拘束されており、PICシミュレーション結果と整合的な酸素の分率存在量を与える。これは、再結合過程よりも輸送過程が支配的であることに起因すると理解される。同等の実験においてLHCDをICRHに置き換えると、局所的なW源は3倍の増強を示す。この増強は、アンテナ近傍で約100 eVのピーク間電圧を持つ局所的なRF電場整流を仮定することにより、シミュレーションで再現できる。本研究は、高Z壁を有する核融合装置において支配的なスパッタリング種である可能性が最も高い軽不純物の電離状態バランスを理解することの重要性を強調している。