Experiments have been conducted in the DIII-D tokamak to explore the in-situ growth of silicon-rich layers as a potential technique for real-time replenishment of surface coatings on plasma-facing components (PFCs) during steady-state long-pulse reactor operation. Silicon (Si) pellets of 1 mm diameter were injected into low- and high-confinement (L-mode and H-mode) plasma discharges with densities ranging from 3.9– m−3 and input powers ranging from 5.5 to 9 MW. The small Si pellets were delivered with the impurity granule injector at frequencies ranging from 4 to 16 Hz corresponding to mass flow rates of 5–19 mg s−1 (1– Si s−1) at cumulative amounts of up to 34 mg of Si per five-second discharge. Graphite samples were exposed to the scrape-off layer and private flux region plasmas through the divertor material evaluation system to evaluate the Si deposition on the divertor targets. The Si II emission at the sample correlates with silicon injection and suggests net surface Si-deposition in measurable amounts. Post-mortem analysis showed Si-rich coatings containing silicon oxides, of which SiO2 is the dominant component. No evidence of SiC was found, which is attributed to low divertor surface temperatures. The in-situ and ex-situ analysis found that Si-rich coatings of at least 0.4–1.2 nm thickness have been deposited at 0.4–0.7 nm s−1. The technique is estimated to coat a surface area of at least 0.94 m2 on the outer divertor. These results demonstrate the potential of using real-time material injection to form Si-enriched layers on divertor PFCs during reactor operation.
DIII-Dトカマクにおいて、定常状態の長パルス炉運転中にプラズマ対向機器（PFCs）の表面コーティングをリアルタイムで補給するための潜在的手法として、シリコンリッチ層のその場成長を調査する実験が実施された。直径1 mmのシリコン（Si）ペレットが、3.9– m−3の範囲の密度と5.5～9 MWの範囲の入力パワーを有する低閉じ込め（Lモード）および高閉じ込め（Hモード）プラズマ放電に注入された。小さなSiペレットは、不純物顆粒インジェクターにより4～16 Hzの周波数で送り込まれ、これは5–19 mg s−1（1– Si s−1）の質量流量に相当し、5秒間の放電あたり最大34 mgのSiの累積量であった。グラファイト試料は、ダイバータターゲットへのSi堆積を評価するために、ダイバータ材料評価システムを通じてスクレイプオフ層およびプライベートフラックス領域のプラズマに曝露された。試料におけるSi II発光はシリコン注入と相関し、測定可能な量の正味の表面Si堆積を示唆している。事後分析により、シリコン酸化物を含むシリコンリッチコーティングが示され、そのうちSiO2が主要成分であった。SiCの証拠は見つからず、これはダイバータ表面温度が低いことに起因する。in-situおよびex-situ分析により、少なくとも0.4～1.2 nmの厚さのシリコンリッチコーティングが0.4～0.7 nm s−1で堆積されたことが判明した。この技術は、外側ダイバータ上の少なくとも0.94 m2の表面積をコーティングすると推定される。これらの結果は、炉運転中にダイバータPFCs上にSi富化層を形成するためのリアルタイム材料注入の可能性を示している。