Dedicated DIII-D experiments coupled with modeling reveal that the net erosion rate of high-Z materials, i.e. Mo and W, is strongly affected by carbon concentration in the plasma and the magnetic pre-sheath properties. Different methods such as electrical biasing and local gas injection have been investigated to control high-Z material erosion. The net erosion rate of high-Z materials is significantly reduced due to the high local re-deposition ratio. The ERO modeling shows that the local re-deposition ratio is mainly controlled by the electric field and plasma density within the magnetic pre-sheath. The net erosion can be significantly suppressed by reducing the sheath potential drop. A high carbon impurity concentration in the background plasma is also found to reduce the net erosion rate of high-Z materials. Both DIII-D experiments and modeling show that local 13CH4 injection can create a carbon coating on the metal surface. The profile of 13C deposition provides quantitative information on radial transport due to E × B drift and the cross-field diffusion. The deuterium gas injection upstream of the W sample can reduce W net erosion rate by plasma perturbation. In H-mode plasmas, the measured inter-ELM W erosion rates at different radial locations are well reproduced by ERO modeling taking into account charge-state-resolved carbon ion flux in the background plasma calculated using the OEDGE code.
専用のDIII-D実験とモデリングを組み合わせた研究により、高Z材料、すなわちMoおよびWの正味エロージョン速度が、プラズマ中の炭素濃度と磁気プレシース特性に強く影響されることが明らかになった。高Z材料のエロージョンを制御するために、電気バイアスや局所ガス注入などの異なる方法が調査されてきた。高Z材料の正味エロージョン速度は、高い局所再堆積比により大幅に低減される。EROモデリングは、局所再堆積比が主に磁気プレシース内の電場とプラズマ密度によって制御されることを示している。正味エロージョンは、シース電位降下を低減することにより大幅に抑制できる。背景プラズマ中の高い炭素不純物濃度も、高Z材料の正味エロージョン速度を低減することが見出されている。DIII-D実験とモデリングの両方は、局所的な13CH4注入が金属表面に炭素被覆を形成できることを示している。13C堆積のプロファイルは、E × Bドリフトと横断磁場拡散による半径方向輸送に関する定量的情報を提供する。W試料の上流への重水素ガス注入は、プラズマ摂動によりWの正味エロージョン速度を低減できる。Hモードプラズマにおいて、異なる半径位置で測定されたELM間Wエロージョン速度は、OEDGEコードを用いて計算された背景プラズマ中の電荷状態分解炭素イオンフラックスを考慮したEROモデリングによってよく再現される。