In ITER, several first mirrors (FMs) are expected to be DC-grounded with the water cooling lines being implemented as a quarter wavelength (λ/4) RF-filter. DC-grounding of the FMs can significantly increase the plasma potential Vp, which could trigger an increased wall sputtering and associated re-deposition on the FMs during plasma cleaning. To understand the scope of this impact, helium discharges were excited with DC-grounded FMs in an ITER-sized mock-up of a first mirror unit (FMU) using wall materials with different sputtering energy thresholds (Eth). Additionally, a part of the FM was electrically isolated from the RF to study its impact on the erosion/re-deposition properties on the surface. The Eth of the wall materials, as well as its native oxide layers, had a significant influence on the re-deposition observed on the FMs. With high Eth where walls were unsputtered, both the DC-grounded and electrically isolated parts of the FM were free of deposits. However, with low Eth where the walls were sputtered, there was a net wall re-deposition on the DC-grounded parts of the FM, while electrically isolated parts were still relatively clean. Further, to study the impact of floating wall components, Cu walls in the FMU were isolated from the ground. Here the walls developed a floating potential Vf and the ion energy at the walls was lowered to e(Vp − Vf). The floating walls, in this case, were relatively unsputtered and the FMs experienced a net cleaning with total reflectivity of the mirror preserved at pristine mirror levels. This work shows that electrically isolating the FM as well as the wall surface minimizes wall re-deposition in presence of λ/4 filter and therefore are promising techniques for effective FM cleaning in ITER.
ITERでは、複数の第一ミラー(FM)がDC接地され、冷却水ラインが1/4波長(λ/4)RFフィルターとして実装されることが予想されている。FMのDC接地はプラズマ電位Vpを著しく上昇させ、プラズマ洗浄中に壁スパッタリングの増加とそれに伴うFMへの再堆積を引き起こす可能性がある。この影響の範囲を理解するため、異なるスパッタリングエネルギー閾値(Eth)を有する壁材料を用いて、ITER規模の第一ミラーユニット(FMU)モックアップ内でDC接地されたFMを用いてヘリウム放電を励起した。さらに、FMの一部をRFから電気的に絶縁し、表面のエロージョン/再堆積特性への影響を調査した。壁材料のEthおよびその自然酸化層は、FM上で観察された再堆積に有意な影響を及ぼした。Ethが高く壁がスパッタリングされなかった場合、DC接地されたFM部分と電気的に絶縁されたFM部分の両方に堆積物は見られなかった。しかし、Ethが低く壁がスパッタリングされた場合、FMのDC接地部分には正味の壁再堆積が見られた一方、電気的に絶縁された部分は比較的清浄なままであった。さらに、浮遊壁部品の影響を調査するため、FMU内のCu壁を接地から絶縁した。ここでは壁に浮遊電位Vfが発生し、壁でのイオンエネルギーはe(Vp − Vf)に低下した。この場合、浮遊壁は比較的スパッタリングされておらず、FMは正味の洗浄を受け、ミラーの全反射率は未使用ミラーレベルに維持された。本研究は、FMおよび壁表面を電気的に絶縁することがλ/4フィルター存在下での壁再堆積を最小化し、したがってITERにおける効果的なFM洗浄のための有望な手法であることを示している。