Sputtering from plasma-facing surfaces upon particle impact can limit the lifetime of components in fusion devices, especially in the diverter region. Atomistic simulations of the processes associated with plasma–wall interactions allow for a detailed analysis of sputtering, reflection and adsorption. Most former works of beryllium sputtering by hydrogen isotopes were aimed mostly on the sputtering yield. We investigate the influence of impact energy and angle on sputtering, and analyze these quantities also for the outgoing particle. We model the sputtering by non-cumulative molecular dynamics simulations with a large number of trajectories for the various parameters. The underlying forces and energies are obtained from high-dimensional neural networks fitted to density functional calculations. We find a good agreement with the previously reported sputtering yields for perpendicular impact and a qualitative accordance with experimental data. In detail, the sputtering yield increases with increasing impact energy for angles of incidence larger than 45° with respect to the surface normal, while smaller angles show a maximal yield up to 100 eV. In cases where D reflection rather than sputtering occurs, a similar pattern is found for all angles, with the maximal reflection rate at 80°.
粒子衝撃によるプラズマ対向表面からのスパッタリングは、核融合装置、特にダイバータ領域における構成部品の寿命を制限し得る。プラズマ–壁相互作用に関連するプロセスの原子論的シミュレーションにより、スパッタリング、反射、および吸着の詳細な解析が可能となる。水素同位体によるベリリウムのスパッタリングに関する従来の研究の多くは、主にスパッタリング収量に焦点を当てていた。我々は、衝撃エネルギーと角度がスパッタリングに及ぼす影響を調査し、これらの量を放出粒子についても解析する。我々は、様々なパラメータに対する多数のトラジェクトリを用いた非累積分子動力学シミュレーションによってスパッタリングをモデル化する。基礎となる力とエネルギーは、密度汎関数計算に適合させた高次元ニューラルネットワークから得られる。垂直入射に対するスパッタリング収量は既報の結果と良好な一致を示し、実験データとは定性的な一致を示す。詳細には、スパッタリング収量は、表面法線に対して45°より大きい入射角では入射エネルギーの増加とともに増加する一方、より小さい角度では最大収量が100 eVまでに見られる。D反射がスパッタリングの代わりに生じる場合には、全角度で同様のパターンが見られ、最大反射率は80°で生じる。