Boron (B), a low-Z (atomic number) material, has been widely utilized in wall conditioning to improve plasma performance in fusion devices (Winter et al 1989 J. Nucl. Mater.162 713–23). In 2023, boronization was successfully conducted on EAST featuring an ITER-like tungsten divertor and fully metallic first wall. The process employed predischarge coating with carborane (C2B10H12) as the working material, assisted by ion cyclotron wall conditioning (ICWC). After one time 12 g boronization, it was found the thickness of B film was approximately 120 nm. Post-boronization observations indicated that substantial hydrogen (H) release during initial plasma discharges compared with the consumed W/B wall, attributed to H co-deposition during the ICWC-boronization processing, which led to uncontrollable divertor neutral pressure and plasma density. The H/(H + D) ratio demonstrated a gradual reduction from ∼85% to 30% over more than 1850 s of deuterium plasma, with a cumulative injected energy of 2325 MJ. The B coating significantly enhanced the stored energy in plasma and improved confinement performance. The stored energy in plasma showed an increase of about 20%, primarily due to a reduction in impurity radiation, including oxygen (O) and heavy impurities such as tungsten (W), iron (Fe), and copper (Cu). The effective ion charge (Zeff) decreased from 2.3 to 2.0. Following ICWC-boronization, the line-integrated radiation profile decreased by nearly 35% in the plasma core, plasma density and electron temperature exhibited an increase of ∼7% and 12% due to enhanced wall fueling and reduced impurity radiation. The lifetime of boronization, as evaluated by the line emissions from boron and other impurity radiation, was about 1700 s of deuterium plasma, with a cumulative injected energy of 2125 MJ on EAST. These findings provide significant insights for evaluating ICWC-boronization applicability in ITER with full W wall structure.
ホウ素(B)は、低Z(原子番号)材料であり、核融合装置におけるプラズマ性能を向上させるための壁調整において広く利用されてきた (Winter et al 1989 J. Nucl. Mater.162 713–23)。2023年、ITER類似のタングステン・ダイバータと完全金属第一壁を特徴とするEASTにおいて、ボロナイゼーションが成功裏に実施された。このプロセスでは、イオンサイクロトロン壁調整(ICWC)の支援のもと、カルボラン(C2B10H12)を作業材料とする予備放電コーティングを用いた。1回12 gのボロナイゼーションの後、B膜の厚さは約120 nmであることが見出された。ボロナイゼーション後の観察により、消費されたW/B壁と比較して初期プラズマ放電中に相当な水素(H)放出が示され、これはICWC-ボロナイゼーションプロセス中のH共堆積に起因し、ダイバータ中性粒子圧力とプラズマ密度の制御不能をもたらした。H/(H + D)比は、累積入射エネルギー2325 MJで、1850秒以上の重水素プラズマにおいて約85%から30%への漸減を示した。Bコーティングは、プラズマ中の蓄積エネルギーを有意に増強し、閉じ込め性能を向上させた。プラズマ中の蓄積エネルギーは約20%の増加を示し、これは主に酸素(O)、ならびにタングステン(W)、鉄(Fe)、銅(Cu)などの重不純物を含む不純物放射の低減によるものである。実効イオン電荷(Zeff)は2.3から2.0へ減少した。ICWC-ボロナイゼーション後、線積分放射分布はプラズマコアで約35%減少し、プラズマ密度と電子温度は、壁燃料供給の強化と不純物放射の低減により、それぞれ約7%と12%の増加を示した。ボロナイゼーションの寿命は、ホウ素および他の不純物放射からの線発光によって評価され、EASTにおいて約1700秒の重水素プラズマ、累積入射エネルギー2125 MJであった。これらの知見は、完全W壁構造を有するITERにおけるICWC-ボロナイゼーションの適用可能性を評価するための重要な洞察を提供する。