Charge-exchange neutrals (CXNs), in particular of hydrogen isotopes deuterium and tritium, are expected to contribute notably to first wall erosion in future fusion reactors. To understand the CXN-induced first wall erosion under different discharge conditions in deuterium, dedicated experiments with a set of new diagnostics have been performed on EAST. Measurements of CXN energy spectrum by the low-energy neutral particle analyzer (LENPA) shows that the integrated CXN flux at the first wall positively correlated with the heating power and line-averaged electron density (), and increased by more than one magnitude from ohmic to high power discharges in the database. Deeper plasma fueling by supersonic molecular beam injection (SMBI) leads to a lower edge neutral pressure and thereby a ∼50% lower CXN flux. The CXN flux in the intra-ELM phase is ∼2 times higher than that in the inter-ELM phase. Measurements of material erosion rate by the quartz crystal microbalance (QMB) show that higher heating power can lead to stronger material erosion by CXNs. The erosion rate increases with at first due to the higher CXN flux and then saturates due to the lower incident energy. The 3D-GAPS code is applied to model the CXN-induced erosion based on the LENPA-measured CXN energy spectrums, which shows good agreement with post-mortem analysis of exposed samples and QMB measurements.
荷電交換中性粒子（CXN）、特に水素同位体である重水素とトリチウムは、将来の核融合炉において第一壁の侵食に顕著に寄与することが予想される。異なる放電条件下での重水素におけるCXN誘起第一壁侵食を理解するため、一連の新しい診断装置を用いた専用実験がEASTで実施された。低エネルギー中性粒子分析器（LENPA）によるCXNエネルギースペクトルの測定では、第一壁における積分CXNフラックスが加熱パワーおよび線平均電子密度（）と正の相関を示し、データベースにおいてオーミック放電から高パワー放電にかけて1桁以上増加することが示された。超音速分子ビーム入射（SMBI）によるより深いプラズマ燃料供給は、より低い周辺中性粒子圧力をもたらし、それによりCXNフラックスが約50%低下する。ELM内位相におけるCXNフラックスは、ELM間位相の約2倍である。水晶振動子マイクロバランス（QMB）による材料侵食速度の測定では、より高い加熱パワーがCXNによるより強い材料侵食をもたらすことが示された。侵食速度は、まずCXNフラックスの増加によりとともに増加し、その後、入射エネルギーの低下により飽和する。3D-GAPSコードを適用して、LENPAで測定されたCXNエネルギースペクトルに基づくCXN誘起侵食のモデリングを行い、これは曝露試料の事後分析およびQMB測定と良好な一致を示した。