AbstractThis paper reports on recent studies of high flux deuterium and helium plasma interaction with liquid lithium in the Pisces–B edge plasma simulator facility. Deuterium retention is explored as a function of plasma ion fluence in the range 6×1019–4×1022 atoms cm−2 and exposure temperatures of 523–673 K. The results are consistent with full uptake of the deuterium ions incident on the liquid metal surface, independent of the temperature of the liquid lithium. Full uptake continues until the sample is volumetrically converted to lithium deuteride. Helium retention is not observed for fluences up to 5×1021 He atoms cm−2. Measurements of the erosion of lithium are found to be consistent with physical sputtering for the lithium solid phase. However, a mechanism that provides an increased evaporative-like yield and is related to ion impact events on the surface, dominates during the liquid phase leading to an enhanced loss rate for liquid lithium that is greater than the expected loss rate due to evaporation at elevated temperatures. Further, the material loss rate is found to depend linearly on the incident ion flux, even at very high temperature.
要約本論文は、Pisces–Bエッジプラズマシミュレータ施設における高フラックス重水素およびヘリウムプラズマと液体リチウムとの相互作用に関する最近の研究について報告するものである。重水素保持は、プラズマイオン照射量6×10¹⁹～4×10²² atoms cm⁻²の範囲および523～673 Kの曝露温度の関数として調査された。結果は、液体金属表面に入射する重水素イオンの完全な取り込みと一致しており、液体リチウムの温度には依存しない。完全な取り込みは、試料が体積的に重水素化リチウムに変換されるまで継続する。ヘリウム保持は、5×10²¹ He atoms cm⁻²までの照射量では観察されなかった。リチウムの侵食の測定は、リチウム固相の場合の物理スパッタリングと一致することが見出された。しかしながら、表面へのイオン衝撃事象に関連し、蒸発様収量の増加をもたらす機構が液相中で支配的となり、高温での蒸発による予想損失率よりも大きい液体リチウムの損失率の増大を引き起こす。さらに、材料損失率は、非常に高温においても入射イオンフラックスに線形に依存することが見出された。