Main processes of plasma-wall interaction and impurity transport in fusion devices and their impact on the availability of the devices are presented and modelling tools, in particular the three-dimensional Monte-Carlo code ERO, are introduced. The capability of ERO is demonstrated on the example of tungsten erosion and deposition modelling. The dependence of tungsten deposition on plasma temperature and density is studied by simulations with a simplified geometry assuming (almost) constant plasma parameters. The amount of deposition increases with increasing electron temperature and density. Up to 100% of eroded tungsten can be promptly deposited near to the location of erosion at very high densities (∼1 × 1014 cm−3 expected e.g. in the divertor of ITER). The effect of the sheath characteristics on tungsten prompt deposition is investigated by using particle-in-cell (PIC) simulations to spatially resolve the plasma parameters inside the sheath. Applying PIC data instead of non-resolved sheath leads in general to smaller tungsten deposition, which is mainly due to a density and temperature decrease towards the surface within the sheath. Two-dimensional tungsten erosion/deposition simulations, assuming symmetry in toroidal direction but poloidally spatially varying plasma parameter profiles, have been carried out for the JET divertor. The simulations reveal, similar to experimental findings, that tungsten gross erosion is dominated in H-mode plasmas by the intra-ELM phases. However, due to deposition, the net tungsten erosion can be similar within intra- and inter-ELM phases if the inter-ELM electron temperature is high enough. Also, the simulated deposition fraction of about 84% in between ELMs is in line with spectroscopic observations from which a lower limit of 50% has been estimated.
核融合装置におけるプラズマ-壁相互作用と不純物輸送の主要なプロセスと、それらが装置の稼働率に及ぼす影響を提示し、モデリングツール、特に三次元モンテカルロコードEROを紹介する。EROの能力は、タングステンのエロージョンとデポジションのモデリングの例を用いて実証する。タングステンのデポジションのプラズマ温度・密度への依存性は、(ほぼ)一定のプラズマパラメータを仮定した単純化された幾何形状を用いたシミュレーションによって研究する。デポジション量は、電子温度と密度の増加に伴って増加する。非常に高い密度(ITERのダイバータで予想される∼1×10¹⁴ cm⁻³)では、エロージョンしたタングステンの最大100%がエロージョン発生箇所の近傍に即座に再堆積し得る。シース特性がタングステンの即時再堆積に及ぼす影響は、粒子インセル(PIC)シミュレーションを用いてシース内部のプラズマパラメータを空間分解することにより調査する。PICデータを適用すると、分解されていないシースを用いた場合と比較して、一般的にタングステンのデポジションは減少する。これは主に、シース内部で表面に向かって密度と温度が低下することに起因する。JETダイバータに対して、トロイダル方向の対称性を仮定しつつポロイダル方向に空間的に変化するプラズマパラメータプロファイルを用いた、二次元タングステンエロージョン/デポジションシミュレーションを実施した。シミュレーション結果は、Hモードプラズマにおいてタングステンの総エロージョンがELM内フェーズによって支配されることを示す実験的観測と一致する。しかしながら、デポジションを考慮すると、ELM間フェーズの電子温度が十分に高い場合、正味のタングステンエロージョンはELM内フェーズとELM間フェーズで同程度になり得る。また、ELM間におけるシミュレーションされたデポジション割合は約84%であり、これは分光観測から推定された下限値50%と整合する。