Gas seeding is often used in tokamaks to reduce the power load onto the divertor target plates. Nitrogen is the preferred seeding species because of its favourable radiative properties as well as its apparent beneficial effect on plasma confinement. However, nitrogen molecules are chemically reactive with hydrogen and its isotopes to form stable ammonia compounds. Since ammonia is a polar molecule, sticking on metal surfaces can be expected, increasing as a consequence the tritium retention which could pose a serious risk for ITER operation and maintenance. It is, therefore, important to understand the adsorption mechanism of ammonia on surfaces, investigate when the surface saturation occurs and whether ammonia adsorbs as a molecule or undergoes a dissociation on the surface. In this contribution, ammonia sticking on different fusion-relevant materials is presented. The results show a pressure-dependent ammonia sticking on tungsten, boron and stainless steel followed by a partial desorption from these surfaces while on gold and beryllium, ammonia molecules weakly adsorb and completely desorb. A detailed explanation of the two interaction mechanisms is addressed. Furthermore, the time dependence of ammonia desorption as well as the chemical state of non-desorbed residuals were investigated with x-ray photoelectron spectroscopy. Tungsten, boron and stainless steel surfaces showed a continuous dissociation process from NH3 to NH2, NH, N and surface nitrides.
ガスシーディングは、ダイバータ標的板への電力負荷を低減するためにトカマクでしばしば用いられる。窒素は、その好ましい放射特性と、プラズマ閉じ込めに対する明らかな有益な効果のために、好まれるシーディング種である。しかしながら、窒素分子は水素およびその同位体と化学反応し、安定なアンモニア化合物を形成する。アンモニアは極性分子であるため、金属表面への付着が予想され、その結果としてトリチウム保持が増加し、ITERの運転および保守に深刻なリスクをもたらす可能性がある。したがって、表面上でのアンモニアの吸着機構を理解し、表面飽和がいつ起こるか、またアンモニアが分子として吸着するのか、それとも表面上で解離を起こすのかを調べることが重要である。本稿では、異なる核融合関連材料へのアンモニアの付着を提示する。結果は、タングステン、ホウ素、ステンレス鋼上での圧力依存性のあるアンモニア付着と、それに続くこれらの表面からの部分的な脱離を示す一方、金およびベリリウム上では、アンモニア分子は弱く吸着し、完全に脱離する。2つの相互作用機構の詳細な説明が述べられる。さらに、アンモニア脱離の時間依存性および非脱離残留物の化学状態をX線光電子分光法により調査した。タングステン、ホウ素、ステンレス鋼表面は、NH3からNH2、NH、N、そして表面窒化物への連続的な解離過程を示した。