Impurity and neutral transport processes, together with plasma–molecule interactions, affect the particle and energy influx and outflow at the plasma edge, hence influencing reactor stability and performance. These transport and interaction phenomena are, in turn, affected by the properties of the particles involved, including, for molecular species, their respective rotational and vibrational states. In this work, we employ molecular dynamics simulations to investigate the characteristics of molecules released from the surfaces of plasma-facing components. We provide an experimental validation of our methodology for predicting the vibrational states of emitted beryllium molecules by comparing our findings with spectroscopic data obtained from the beryllium limiters within JET tokamak. Building on this, we apply the method to investigate the properties of molecules released from tungsten surfaces, since tungsten is selected for the first wall in ITER. Our results indicate that the rotational and vibrational states of sputtered tungsten molecules are significantly affected by the impact energy, incidence angle, and isotope type of plasma particles, in addition to surface temperature. Furthermore, we elucidate the effect of impact energy on D release yield from tungsten surfaces, detailing the respective rotational and vibrational states of the molecules, as well as their energy and angular distributions. The results of this work provide input for neutral and impurity transport codes, e.g. EIRENE and ERO2.0, enhancing their accuracy and enabling more detailed investigations of plasma characteristics.
不純物と中性粒子の輸送過程は、プラズマと分子の相互作用とともに、プラズマ端部での粒子およびエネルギーの流入と流出に影響を与え、したがって炉の安定性と性能に影響を及ぼす。これらの輸送および相互作用現象は、今度は、関与する粒子の特性、分子種についてはそれぞれの回転状態および振動状態にも影響される。この研究では、分子動力学シミュレーションを用いて、プラズマ対向機器の表面から放出される分子の特性を調査する。我々は、JETトカマク内のベリリウムリミッターから得られた分光データと我々の結果を比較することにより、放出されたベリリウム分子の振動状態を予測する手法の実験的検証を提供する。これに基づき、ITERの第一壁にタングステンが選定されているため、タングステン表面から放出される分子の特性を調査するためにこの手法を適用する。我々の結果は、スパッタされたタングステン分子の回転状態と振動状態が、表面温度に加えて、プラズマ粒子の衝突エネルギー、入射角、および同位体種によって有意に影響されることを示している。さらに、タングステン表面からのD放出収量に対する衝突エネルギーの影響を解明し、分子のそれぞれの回転状態と振動状態、ならびにそれらのエネルギー分布と角度分布を詳述する。この研究の結果は、例えばEIRENEやERO2.0などの中性粒子および不純物輸送コードへの入力データを提供し、それらの精度を向上させ、プラズマ特性のより詳細な調査を可能にする。