Erosion of the beryllium first wall material in tokamak reactors has been shown to result in transport and deposition on the tungsten divertor. Experimental studies of beryllium implantation in tungsten indicate that mixed W–Be intermetallic deposits can form, which have lower melting temperatures than tungsten and can trap tritium at higher rates. To better understand the formation and growth rate of these intermetallics, cumulative molecular dynamics (MD) simulations of both high and low energy beryllium deposition in tungsten were performed. In both cases, a W–Be mixed material layer (MML) emerged at the surface within several nanoseconds, either through energetic implantation or a thermally-activated exchange mechanism, respectively. While some ordering of the material into intermetallics occurred, fully ordered structures did not emerge from the deposition simulations. Targeted MD simulations of the MML to further study the rate of Be diffusion and intermetallic growth rates indicate that for both cases, the gradual re-structuring of the material into an ordered intermetallic layer is beyond accessible MD time scales(⩽1 μs). However, the rapid formation of the MML within nanoseconds indicates that beryllium deposition can influence other plasma species interactions at the surface and begin to alter the tungsten material properties. Therefore, beryllium deposition on the divertor surface, even in small amounts, is likely to cause significant changes in plasma-surface interactions and will need to be considered in future studies.
トカマク炉におけるベリリウム第一壁材料の侵食は、タングステンダイバータへの輸送および堆積を引き起こすことが示されている。タングステンへのベリリウム注入に関する実験研究は、混合W–Be金属間化合物堆積物が形成され得ることを示しており、これはタングステンよりも低い融点を持ち、より高い割合でトリチウムを捕捉することができる。これらの金属間化合物の形成と成長速度をよりよく理解するために、タングステン中への高エネルギーおよび低エネルギーのベリリウム堆積の累積分子動力学(MD)シミュレーションを実施した。どちらの場合も、W–Be混合材料層(MML)が表面に数ナノ秒以内に出現した。それぞれ、高エネルギー注入または熱活性化交換機構によるものである。材料の金属間化合物へのある程度の秩序化は生じたものの、完全に秩序化された構造は堆積シミュレーションからは出現しなかった。MMLのBe拡散速度と金属間化合物成長速度をさらに研究するための標的MDシミュレーションは、どちらの場合も、材料が秩序化された金属間化合物層へと徐々に再構造化することは、到達可能なMD時間スケール(⩽1 μs)を超えていることを示している。しかし、ナノ秒以内でのMMLの急速な形成は、ベリリウム堆積が表面での他のプラズマ種の相互作用に影響を与え、タングステンの材料特性を変え始める可能性があることを示している。したがって、ダイバータ表面へのベリリウム堆積は、たとえ少量であっても、プラズマ-表面相互作用に重大な変化を引き起こす可能性が高く、将来の研究で考慮する必要がある。