The Materials Plasma Exposure eXperiment (MPEX) is a steady-state linear plasma device that will address plasma-material interaction (PMI) science and enable testing of fusion reactor-relevant divertor plasma-facing materials. The MPEX source concept consists of a helicon plasma source to generate the plasma, electron cyclotron heating (ECH) for electron heating, and ion cyclotron heating (ICH) for ion heating. The MPEX source plasma is then transported axially to the PMI material target region to test material samples in fusion reactor-relevant divertor conditions. This paper will summarize the physical and technical basis of MPEX. The paper will first define the MPEX parameters and scenarios at the target relevant to PMI science for various fusion reactor-relevant divertor conditions and show plasma transport modeling results to set the MPEX source parameters. Recent experimental and modeling results from Proto-MPEX, a short-pulse experiment to develop the plasma production, heating, and transport physics for MPEX, will be shown. From these results, it will be shown that MPEX can reach its desired scenarios. The MPEX physical and technical basis will also determine important functional requirements for magnetic field, radiofrequency (RF) power, RF frequency, and neutral pressure in the helicon, ECH, ICH, and PMI regions that are required to achieve the desired MPEX scenarios. The necessity for key in-vessel components such as skimmers, limiters, and microwave absorbers will also be highlighted.
Materials Plasma Exposure eXperiment (MPEX) は、プラズマ材料相互作用 (PMI) 科学に取り組み、核融合炉に関連するダイバータのプラズマ対向材料の試験を可能にする定常状態の線形プラズマ装置である。MPEX のソース概念は、プラズマを生成するヘリコンプラズマ源、電子加熱のための電子サイクロトロン加熱 (ECH)、イオン加熱のためのイオンサイクロトロン加熱 (ICH) から構成される。MPEX のソースプラズマは、その後、核融合炉に関連するダイバータ条件で材料試料を試験するために、PMI 材料ターゲット領域へ軸方向に輸送される。本論文は、MPEX の物理的および技術的根拠を要約する。本論文はまず、様々な核融合炉関連ダイバータ条件について、PMI 科学に関連するターゲットでの MPEX パラメータとシナリオを定義し、MPEX ソースパラメータを設定するためのプラズマ輸送モデリング結果を示す。MPEX のためのプラズマ生成、加熱、輸送物理を発展させるための短パルス実験である Proto-MPEX からの最近の実験およびモデリング結果を示す。これらの結果から、MPEX が所望のシナリオに到達できることが示される。MPEX の物理的および技術的根拠はまた、所望の MPEX シナリオを達成するために必要な、ヘリコン、ECH、ICH、および PMI 領域における磁場、高周波 (RF) 電力、RF 周波数、および中性粒子圧力の重要な機能的要件を決定する。スキマー、リミッター、マイクロ波吸収体などの主要な真空容器内構成要素の必要性も強調される。