In fusion devices, boundary plasma particle and heat fluxes incident on plasma-facing materials (PFMs) lead to plasma–wall interactions (PWI). Real-time, in-situ quantitative diagnosis of wall material composition and fuel retention is critical for the safe and efficient operation of fusion reactors. Linear plasma devices offer a cost-effective platform for PWI studies, featuring extensive diagnostic access, fusion-relevant plasma conditions, and the ability to controllably vary plasma and surface parameters. In this work, a laser-induced ablation spectroscopy (LIAS) diagnostic system was developed on the ‘The Plasma-Surface Interaction Research Platform at Harbin Institute of Technology’ linear plasma device and applied to analyze graphite samples as a representative PFM. The influence of magnetic field conditions on LIAS signals was systematically investigated. Furthermore, the system has been successfully applied to diagnose first-wall samples from the HL-3 fusion device, enabling the acquisition of retention signals for hydrogen qualitatively. These results demonstrate the significant potential of LIAS in diagnosing first-wall composition and assessing fuel retention during fusion device operation.
核融合装置において、プラズマ対向材料(PFMs)に入射する境界プラズマの粒子および熱流束は、プラズマ–壁相互作用(PWI)を引き起こす。壁材料組成と燃料保持のリアルタイム・in-situでの定量的診断は、核融合炉の安全かつ効率的な運転にとって重要である。線形プラズマ装置は、広範な診断アクセス、核融合関連のプラズマ条件、およびプラズマと表面パラメータを制御可能に変える能力を備えており、PWI研究のための費用対効果の高いプラットフォームを提供する。本研究では、レーザ誘起アブレーション分光法(LIAS)診断システムを、ハルビン工業大学の「The Plasma-Surface Interaction Research Platform at Harbin Institute of Technology」線形プラズマ装置上に開発し、代表的なPFMとして黒鉛サンプルの分析に適用した。磁場条件がLIAS信号に与える影響を系統的に調査した。さらに、このシステムはHL-3核融合装置の第一壁サンプルの診断に成功裏に適用され、水素の保持信号を定性的に取得することができた。これらの結果は、核融合装置運転中の第一壁組成の診断および燃料保持の評価におけるLIASの大きな可能性を示している。