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Hydrogenic retention of high-Z refractory metals exposed to ITER divertor-relevant plasma conditions

G.M. Wright, E. Alves, L.C. Alves, N.P. Barradas, P.A. Carvalho, R. Mateus, J. Rapp2010年被引用 17Nuclear FusionIF 3出版社

Tungsten (W) and molybdenum (Mo) targets are exposed to the plasma conditions expected at the strike point of a detached ITER divertor (ne ∼ 1020 m−3, Te ∼ 2 eV) in the linear plasma device Pilot-PSI. The peak surface temperatures of the targets are ∼1600 K for W and ∼1100 K for Mo. The surface temperatures and plasma flux densities decrease radially towards the edges of the target due to the Gaussian distribution of electron density (ne) and temperature (Te) in the plasma column. A 2D spatial scan of the W and Mo targets using nuclear reaction analysis (NRA) shows D retention is strongly influenced by surface temperature in the range 800–1600 K and this dependence dominates over any plasma flux dependence. NRA and thermal desorption spectroscopy (TDS) show no clear dependence of retention on incident plasma fluence for the W targets with retained fractions ranging from 10−8–10−5Dretained/Dincident. NRA and TDS for the Mo targets show retention rates a factor of 4–5 higher than the W targets and this is likely due to the lower surface temperatures for the Mo plasma exposures. NRA also reveals a thin boron layer on the Mo targets but the presence of boron does not correspond to a significant increase in D retention. Overall hydrogenic retention in W and Mo is shown to be low (Dretained = 1019–1020 D m−2) despite exposure to high plasma flux densities (∼1024 D m−2 s−1). This is likely due to the elevated surface temperature due to plasma thermal loading during exposure.

日本語訳

タングステン(W)およびモリブデン(Mo)ターゲットを、線形プラズマ装置Pilot-PSIにおいて、ディタッチドITERダイバータのストライク点で予想されるプラズマ条件(ne ∼ 10^20 m^-3、Te ∼ 2 eV)に曝露した。ターゲットの最高表面温度は、Wで∼1600 K、Moで∼1100 Kであった。表面温度とプラズマフラックス密度は、プラズマ柱内の電子密度(ne)および電子温度(Te)のガウス分布により、ターゲットの半径方向端部に向かって減少する。核反応分析(NRA)を用いたWおよびMoターゲットの2次元空間スキャンにより、Dの保持は800–1600 Kの範囲の表面温度に強く影響され、この依存性がプラズマフラックス依存性よりも支配的であることが示された。NRAおよび昇温脱離分光法(TDS)により、Wターゲットにおける保持の入射プラズマフルエンスへの明確な依存性は示されず、保持率は10^-8–10^-5 D_retained/D_incidentの範囲であった。MoターゲットにおけるNRAおよびTDSの結果は、Wターゲットよりも4–5倍高い保持率を示し、これはMoプラズマ曝露時の表面温度が低いことに起因すると考えられる。NRAはまた、Moターゲット上に薄いホウ素層を明らかにしたが、ホウ素の存在はD保持の有意な増加には対応しなかった。全体として、WおよびMoにおける水素同位体保持は、高いプラズマフラックス密度(∼10^24 D m^-2 s^-1)への曝露にもかかわらず、低い値(D_retained = 10^19–10^20 D m^-2)を示した。これは、曝露中のプラズマ熱負荷による表面温度の上昇に起因すると考えられる。

装置

iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITERDivertor
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