Liquid-Metal (LM) divertor configurations are being explored to identify potential solutions to develop more resilient Plasma Facing Components for harsh environments characterized by nominal and transient power loads that can seriously compromise the feasibility of conventional tungsten elements. In this work, tin (Sn) plasmoids generated in front of a LM filled Capillary Porous System target exposed to ITER-Intra edge localized mode (ELM) energy range (20–33 keV) particle beams (H0 and H0-H+ mixtures), are investigated at the OLMAT High-Heat Flux facility. Local characterization of plasmoids, including absolute quantification of the ionic species densities and their non-stationary evolution with target surface temperature, are conducted using a novel configuration consisting of a single Langmuir Probe (LP) directly embedded in the target while also employing a solid Titanium-Zirconium-Molybdenum alloy target for LP measurement benchmarking. Optical Emission Spectroscopy provides additional plasma characterization while infrared pyrometry monitors target thermal response. The temporal dynamic evolution of Sn plasmoids is described by four phases that depend on target temperature, parameter that determine the net eroded Sn flux and eventually Sn plasma content and global plasma build-up. The final phase, initiated at target temperature of 1600 K, is associated with the first stages of a thermal shielding state with partial mitigation of incoming heat fluxes. The thermal shielding and heat-flux mitigation fraction characteristics are inferred by studying deviations of target thermal response against a simple 1-D heat conduction model. Finally, the main Sn erosion mechanisms (thermal sputtering and evaporation) and atomic collisional processes (charge-exchange, electron/high-energy neutral-ion impact and recombination processes of Sn atoms) involving keV-range energy particles (neutrals, protons) as contributions to plasma build-up and heat flux mitigation characteristics are considered, these being questions of importance when considering detached LM divertor configurations operating in ELM-containing regimes.
液体金属（LM）ダイバータ構成は、定常および過渡的な熱負荷を特徴とする過酷環境において、従来のタングステン要素の実現可能性を深刻に損なう可能性があるため、より耐性のあるプラズマ対向コンポーネントを開発するための潜在的な解決策を特定するために探索されている。本研究では、ITER-Intraエッジ局在モード（ELM）エネルギー範囲（20–33 keV）の粒子ビーム（H0およびH0-H+混合）に曝露された、LMで満たされたキャピラリ多孔質システムターゲットの前面で生成されるスズ（Sn）プラズモイドを、OLMAT高熱流束施設で調査した。プラズモイドの局所特性評価（イオン種密度の絶対定量と、ターゲット表面温度に伴うそれらの非定常的進化を含む）は、ターゲットに直接埋め込まれた単一のラングミュアプローブ（LP）からなる新しい構成を用いて実施され、またLP測定のベンチマーキングのための固体チタン-ジルコニウム-モリブデン合金ターゲットも使用した。発光分光法は追加のプラズマ特性評価を提供し、赤外線放射温度計はターゲットの熱応答を監視する。Snプラズモイドの時間的動的進化は、ターゲット温度に依存する4つの段階によって記述される。ターゲット温度は、正味の侵食Snフラックス、そして最終的にはSnプラズマ含有量と全体的なプラズマ蓄積を決定するパラメータである。ターゲット温度1600 Kで開始される最終段階は、入射熱流束の部分的な緩和を伴う熱遮蔽状態の初期段階に関連付けられる。熱遮蔽および熱流束緩和割合の特性は、単純な1次元熱伝導モデルに対するターゲット熱応答の偏差を調べることによって推定される。最後に、keV範囲のエネルギー粒子（中性粒子、陽子）が関与する主要なSn侵食機構（熱スパッタリングおよび蒸発）と原子衝突過程（電荷交換、電子/高エネルギー中性粒子-イオン衝突、およびSn原子の再結合過程）が、プラズマ蓄積および熱流束緩和特性への寄与として考察される。これらは、ELMを含む運転領域で動作する非接触LMダイバータ構成を検討する際に重要となる問題である。