In this work, a kinetic model is presented to describe hydrogen absorption and desorption from tungsten at different surface coverages. Activation energies for hydrogen absorption into the bulk and desorption from the surface of tungsten are modelled by functions that depend explicitly and continuously on the hydrogen surface coverage. A steady-state model is developed to derive these activation energies from experimental data. The newly developed coverage dependent activation energies are then implemented in the non steady-state rate-equation code MHIMS. Published experimental results on D uptake and retention of self-damaged tungsten exposed to 0.28 eV deuterium atoms at different temperatures ranging from 450 K to 1000 K can be successfully described with this approach. Finally, the steady-state model is applied to determine surface concentration, bulk concentration and migration depths of hydrogen isotopes in tungsten exposed to various atomic fluxes and temperatures ranging from milder conditions in laboratory experiments to divertor strike point conditions in tokamaks.
本論文では、異なる表面被覆率におけるタングステンへの水素吸収とタングステンからの水素脱離を記述する速度論モデルを提示する。バルクへの水素吸収および表面からの水素脱離に対する活性化エネルギーは、水素表面被覆率に明示的かつ連続的に依存する関数としてモデル化される。これらの活性化エネルギーを実験データから導出するために、定常状態モデルが開発される。新たに開発された被覆率依存の活性化エネルギーは、その後、非定常状態の速度方程式コードMH-CODEに実装される。0.28 eVの重水素原子に曝露された自己損傷タングステンにおける、450 Kから1000 Kの異なる温度でのD取り込みおよび保持に関する公表済みの実験結果は、このアプローチによって首尾よく記述できる。最後に、定常状態モデルは、実験室実験における比較的穏やかな条件からトカマクにおけるダイバータ打撃点条件に至るまで、様々な原子フラックスおよび温度に曝露されたタングステン中の水素同位体の表面濃度、バルク濃度、および移行深さを決定するために適用される。