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Study of physical and chemical assisted physical sputtering of beryllium in the JET ITER-like wall

S. Brezinsek, M.F. Stamp, D. Nishijima, D. Borodin, S. Devaux, K. Krieger, S. Marsen, M. O'Mullane, C. Bjoerkas, A. Kirschner2014年被引用 55Nuclear FusionIF 3出版社

The effective sputtering yield of Be was determined in situ by emission spectroscopy of low ionizing Be as function of the deuteron impact energy (Ein = 25–175 eV) and Be surface temperature (Tsurf = 200 °C–520 °C) in limiter discharges carried out in the JET tokamak. Be self sputtering dominates the erosion at high impact energies (Ein > 150 eV) and causes far beyond 1. drops to low values, below 4.5%, at the accessible lowest impact energy (Ein ≃ 25 eV) achievable in limiter configuration. At medium impact energies, Ein = 75 eV, two contributors to the measured of 9% were identified: two third of the eroded Be originates from bare physical sputtering and one third from chemical assisted physical sputtering . The later mechanism has been clearly identified by the appearance of BeD A–X emission and quantified in cause of a temperature dependence at which the BeD practically vanishes at highest observed Be limiter temperatures. The recorded Tsurf dependence, obtained in a series of 34 identical discharges with ratch-up of Tsurf by plasma impact and inertial cooling after the discharge, revealed that the reduction of BeD is correlated with an increase of D2 emission. The release mechanism of deuterium in the Be interaction layer is exchanged under otherwise constant recycling flux conditions at the limiter.The reduction of with Tsurf is also correlated to the reduction of the Be content in the core plasma providing information on the total source strength and Be screening. The chemical assisted physical sputtering, always present at the nominal limiter pre-heating temperature of Tsurf = 200 °C, is associated with an additional sputtering channel with respect to ordinary physical sputtering which is surface temperature independent. These JET experiments in limiter configuration are used to benchmark the ERO code and verify ITER first wall erosion prediction. The ERO code overestimates the observed Be sputtering in JET by a factor of about 2.5 which can be transferred to ITER predictions and prolong the expected lifetime of first wall elements.

日本語訳

Beのスパッタリング収量は、JETトカマクにおけるリミター放電中に、重水素イオン入射エネルギー(Ein = 25–175 eV)およびBe表面温度(Tsurf = 200 °C–520 °C)の関数として、低エネルギーイオン分光法によるその場測定により決定された。高入射エネルギー(Ein > 150 eV)では、Beの自己スパッタリングが侵食を支配し、リミター構成で達成可能な最低入射エネルギー(Ein ≃ 25 eV)では、収量は1をはるかに下回る値まで低下する。中程度の入射エネルギー(Ein = 75 eV)では、測定された収量9%に対する2つの寄与が同定された:侵食されたBeの3分の2は純粋な物理スパッタリングに由来し、3分の1は化学的支援物理スパッタリングに由来する。後者の機構は、BeD A–X発光の出現によって明確に同定され、その量は、観測された最高のBeリミター温度においてBeDが実質的に消滅する温度依存性に基づいて定量化された。記録されたTsurf依存性は、プラズマ衝撃による急速なTsurf上昇と放電後の慣性冷却を伴う一連の34回の同一放電から得られ、BeDの減少がD2放出の増加と相関することを明らかにした。Be相互作用層における重水素の放出機構は、リミターにおける他のすべての条件を一定に保った場合に交換される。Tsurfの低下に伴うBeDの減少は、コアプラズマ中のBe含有量の減少とも相関し、総源強度とBe遮蔽に関する情報を提供する。化学的支援物理スパッタリングは、公称リミター予熱温度Tsurf = 200 °Cにおいて常に存在し、表面温度に依存しない通常の物理スパッタリングに対する追加のスパッタリング経路を構成する。これらのJETリミター実験は、EROコードのベンチマークに使用され、ITER第一壁の侵食予測の検証に役立っている。EROコードはJETで観測されたBeスパッタリングを約2.5倍過大評価しており、この補正係数はITER予測に適用することで、第一壁要素の期待寿命を延長することができる。

装置

iter高精度(タイトル一致)jet高精度(タイトル一致)

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ITERJETBerylliumITER-like wall
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