Impurities generated by plasma-wall interactions significantly impact the performance of nuclear fusion devices by increasing radiation and dilution of plasma while also forming co-deposited layers on plasma-facing components that retain critical hydrogen isotopes like tritium. This study utilized laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) to investigate impurity distribution and composition on the surface of the gas puffing pipe (GPP) for the Lower Hybrid Wave system in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) tokamak during the 2021 experimental campaign. Elemental analysis found impurities (Cu, W, Mo, C, and Li) originating from specific components and materials in the EAST. Further analysis revealed complex co-deposition patterns, where impurity levels increased from a melt region, peaked near the melt region, and then decreased toward the end of the pipe. This distribution indicates a dynamic competition between erosion and deposition processes. Spatial analysis further revealed higher impurity concentrations on the ion side of the pipe compared to the electron side, likely due to differences in plasma interactions. To achieve quantitative measurements of impurities, one-point calibration LIBS (OPC-LIBS) was utilized to enhance the analytical accuracy of impurity deposition on the GPP. The results confirm that OPC-LIBS is an applicable approach for the quantitative analysis of impurity deposition in fusion devices.
プラズマ-壁相互作用によって生成される不純物は、放射の増加とプラズマの希釈を引き起こすことにより核融合装置の性能に大きな影響を与え、またトリチウムなどの重要な水素同位体を保持するプラズマ対向部品上に共堆積層を形成する。本研究では、2021年の実験キャンペーン中に実験先進超伝導トカマク(EAST)トカマクの低域混成波システム用ガス噴出管(GPP)の表面における不純物の分布と組成を調査するために、レーザー誘起絶縁破壊分光法(LIBS)を用いた。元素分析により、EAST内の特定の構成要素および材料に由来する不純物(Cu、W、Mo、C、Li)が見つかった。さらなる分析により、複雑な共堆積パターンが明らかになり、不純物レベルは溶融領域から増加し、溶融領域の近くでピークに達し、その後パイプの端に向かって減少した。この分布は、侵食と堆積のプロセス間の動的な競合を示している。空間分析により、パイプのイオン側では電子側と比較して不純物濃度が高いことがさらに明らかになり、これはおそらくプラズマ相互作用の違いによるものである。不純物の定量測定を達成するために、一点校正LIBS(OPC-LIBS)を用いて、GPP上の不純物堆積の分析精度を向上させた。結果は、OPC-LIBSが核融合装置における不純物堆積の定量分析に適用可能なアプローチであることを確認する。