The vapor-box, a liquid metal design for the divertor, utilizes lithium recirculation through evaporation and condensation. Safety concerns arise from Li-D/T formation and co-deposition on vapor-box walls and the first wall, affecting tritium retention. Additively manufactured tungsten capillary porous structure (CPS) samples with Li were exposed to high heat flux D plasmas in the linear plasma device Magnum-PSI, to study D retention in Li–D co-deposition dependence on substrate temperature (200 C–428 C) and distance from the plasma beam center (25–85 mm). The D:Li ratio was determined via in-situ ion beam diagnostics with simultaneously analyzed Nuclear Reaction Analysis and Elastic Backscattering Spectroscopy spectra to maximize the precision. Experimental results approach close to the theoretical maximum at 40:60 D:Li ratio and deposited film thickness ranging from 0.02 to 3.2 µm. Witness plate temperatures above 400 C yielded Li films under 150 nm in thickness with lower D:Li ratios (5:95 D:Li ratio). At this temperature LiD decomposition pressure is comparable with vessel pressure during plasma. SOLPS-ITER simulations narrowed CPS surface temperature to 650 C–700 C, indicating Li+ plasma dominance near the target surface. Redeposition ratio of lithium on the CPS surface was determined to be around 80, matching quartz crystal microbalance results. However, SOLPS-ITER simulations lacked accuracy in recreating observed Li and D deposition layers on WPs, improvements are needed to model plasmas with significant Li quantities. Extension of SOLPS-ITER simulations to include LiD molecules and enhance heat flux accuracy is crucial for better alignment with experimental data.
ダイバータ用液体金属設計であるベーパーボックスは、蒸発と凝縮によるリチウム循環を利用する。安全上の懸念は、Li-D/T形成と、ベーパーボックス壁および第一壁上への共堆積から生じ、トリチウム保持に影響を与える。Liを含む積層造形タングステン毛細管多孔質構造（CPS）試料は、線形プラズマ装置Magnum-PSIにおいて高熱流束Dプラズマに曝露され、Li–D共堆積におけるD保持の基板温度（200 C–428 C）およびプラズマビーム中心からの距離（25–85 mm）への依存性が研究された。D:Li比は、精度を最大化するために、核反応分析と弾性後方散乱分光法のスペクトルを同時に解析したその場イオンビーム診断により決定された。実験結果は、理論的最大値である40:60 D:Li比に近く、堆積膜厚は0.02～3.2 µmの範囲であった。400 Cを超えるウィットネスプレート温度では、厚さ150 nm未満のLi膜が生成され、D:Li比はより低い値（5:95 D:Li比）となった。この温度では、LiD分解圧はプラズマ中の容器圧力に匹敵する。SOLPS-ITERシミュレーションは、CPS表面温度を650 C–700 Cに絞り込み、ターゲット表面近傍でLi+プラズマが優勢であることを示した。CPS表面上のリチウムの再堆積比は約80と決定され、水晶振動子マイクロバランスの結果と一致した。しかし、SOLPS-ITERシミュレーションは、WP上で観察されたLiおよびD堆積層の再現における精度に欠けており、有意な量のLiを含むプラズマをモデル化するための改良が必要である。LiD分子を含め、熱流束の精度を高めるためのSOLPS-ITERシミュレーションの拡張は、実験データとのより良い整合にとって重要である。