Melt ejection and melt motion of tungsten (W) as a plasma-facing material due to accidental thermal overload events are primary concerns for ITER and DEMO. Previous experiments have revealed that W-1 wt.% La2O3 is an effective material for suppressing cavitation under a single pulsed heat load (Yuan et al 2014 Nucl. Fusion54 083026). To further investigate this effect, both W and W-1 wt.% La2O3 (WL10) were subjected to multiple melt exposures in the high heat flux facility GLADIS and the tokamak ASDEX Upgrade (AUG). In GLADIS, H/He high-power neutral particle beams were used, with a total energy density of 41–50 MJ m−2 per pulse, adjusted by the pulse duration. In AUG, eight ELMing H-mode deuterium (D) plasma discharges (#37680–87) were employed with samples exposed by the divertor manipulator DIM-II. The results revealed that the surface and cross-sectional morphologies of the resolidified melt layers are similar in both GLADIS and AUG. The pure W samples exhibited pronounced cavitation, with numerous spherical voids in the resolidified layer. In contrast, the WL10 samples developed an undulating surface morphology with a dense resolidified layer at the top, free of spherical voids and lanthanum particles, indicating sustained cavitation suppression even after La2O3 had vaporized from the top surface during previous melting. This suppression effect is likely primarily due to the formation of the undulating surface, which exposes the still La2O3-rich deeper material regions. The La2O3 particles participated in subsequent melting cycles, continuously preventing cavitation. Additionally, we compared D retention in W and WL10 samples subjected to the eight D plasma discharges in AUG. D retention was significantly reduced from 2.5 × 1021 to 4.4 × 1019 D m−2 for W and slightly decreased from 1.5 × 1021 to 1.2 × 1021 D m−2 for WL10 when comparing unmolten and molten samples. Overall, multiple melting experiments in both GLADIS and AUG confirm that W-La2O3 is a good cavitation-resistant material, effectively suppressing cavitation in W melt.
溶融噴出およびプラズマ対向材料としてのタングステン(W)の溶融運動は、ITERおよびDEMOにおける偶発的な熱過負荷事象に対する主要な懸念事項である。これまでの実験により、W-1 wt.% La2O3が単一パルス熱負荷下でのキャビテーション抑制に有効な材料であることが明らかにされている(Yuan et al 2014 Nucl. Fusion54 083026)。この効果をさらに調査するため、WおよびW-1 wt.% La2O3(WL10)の両方を高熱流束施設GLADISおよびトカマクASDEX Upgrade(AUG)において複数回の溶融曝露に供した。GLADISでは、H/He高出力中性粒子ビームを使用し、パルス当たりの総エネルギー密度を41–50 MJ m−2とし、パルス時間により調整した。AUGでは、8回のELM発生Hモード重水素(D)プラズマ放電(#37680–87)を使用し、試料はダイバータ操作装置DIM-IIにより曝露された。結果は、再固化溶融層の表面および断面モルフォロジーがGLADISとAUGの両方で類似していることを明らかにした。純W試料は顕著なキャビテーションを示し、再固化層に多数の球状ボイドが認められた。対照的に、WL10試料は波状表面形態を呈し、上部に球状ボイドおよびランタン粒子を含まない密な再固化層が形成され、以前の溶融中にLa2O3が表面から蒸発した後もキャビテーション抑制が持続することを示した。この抑制効果は主に、波状表面の形成により、依然としてLa2O3が豊富な深部材料領域が露出することによる可能性が高い。La2O3粒子はその後の溶融サイクルに参加し、キャビテーションを継続的に防止した。さらに、AUGにおける8回のDプラズマ放電に供されたWおよびWL10試料のD保持量を比較した。D保持量は、未溶融試料と溶融試料を比較すると、Wでは2.5 × 1021から4.4 × 1019 D m−2へと大幅に減少し、WL10では1.5 × 1021から1.2 × 1021 D m−2へとわずかに減少した。全体として、GLADISおよびAUGの両方における複数回の溶融実験は、W-La2O3がW溶融中のキャビテーションを効果的に抑制する優れた耐キャビテーション材料であることを確認している。