It is highly desirable to understand the long term evolution of the divertor material under the extreme steady-state and transient heat and particle loads expected during ITER operation. Here the impact of ELM-like transient loading under combined high-flux plasma and transient ELM-like heat loading in Magnum-PSI was explored to determine how plasma affects the fatigue cracking threshold of tungsten due to ELMs. Mock-ups consisting of five ITER-like monoblocks in a chain were simultaneously exposed to high flux plasma and a high power pulsed laser which closely simulated the ELM impact in terms of heat flux and duration. Loading conditions were chosen to enable comparison to existing data from electron-beam loading, while the influence of surface base temperature (750 °C, 1150 °C or 1500 °C) and impurity seeding (addition of 6.5 ion% He+ and/or 8 ion% Ne+) were also investigated. The plasma loading leads to differences in surface morphology and indicates synergistic effects on the extent of the surface damage. Base temperatures at or above 1150 °C are found to lead to a significant reduction in the fatigue cracking threshold by a factor of two or more compared to at 750 °C. Cracked surfaces are found to be more than ten times rougher than the original microstructure, and additionally when seeding impurities are added surface roughness can be significantly increased by up closely factor of two compared to roughening using pure H plasma. Overall the results indicate that avoiding fatigue cracking in ITER will be very challenging, and that understanding the level to which this can therefore be tolerated is vital for anticipating divertor lifetime and reliability.
ITER運転中に予想される定常状態および過渡的な熱・粒子負荷に対するダイバータ材料の長期進化を理解することは極めて重要である。ここでは、Magnum-PSIにおいて、高フラックスプラズマと過渡的なELM様熱負荷を組み合わせた条件下でのELM様過渡負荷の影響を調査し、プラズマがタングステンの疲労き裂閾値に及ぼす影響を明らかにした。5つのITER類似モノブロックを直列に配置した試験体に対し、高フラックスプラズマと、熱流束および持続時間の観点からELM衝撃を忠実に模擬した高パワーパルスレーザーを同時に照射した。負荷条件は、既存の電子ビーム負荷データとの比較を可能にするよう選定し、さらに表面基準温度（750 °C、1150 °C、または1500 °C）と不純物シーディング（6.5イオン% He+および/または8イオン% Ne+の添加）の影響も調査した。プラズマ負荷は表面形態の差異をもたらし、表面損傷の程度に対する相乗効果を示した。基準温度が1150 °C以上の場合、750 °Cと比較して疲労き裂閾値が2倍以上有意に低下することが明らかになった。き裂が生じた表面は、元の微細組織と比較して10倍以上粗くなることが確認された。さらに、シーディング不純物を添加すると、純水素プラズマによる粗面化と比較して、表面粗さが最大で約2倍に増大する可能性があることが示された。全体として、ITERにおける疲労き裂の回避は非常に困難であり、したがって許容可能なレベルを理解することは、ダイバータの寿命と信頼性を予測する上で極めて重要であることを結果は示している。