AbstractGraphite components, employed for the protection of the tokamak first wall, limiters and divertors, can be exposed to extremely high loads both during plasma disruptions and due to installation irregularities. Tile misalignments lead to leading edges that are heated under effect of extremely high plasma parallel thermal fluxes. Previously, a special sample design using DIMES mechanism has been described, in which the graphite sample was arranged to receive the parallel heat flux on a small surface area exposed to plasma from the outer strike point of a DIII-D discharge. In this work, the sample behavior was investigated during exposure to 12 s of plasma (3 s in each of four sequential discharges). The average heat flux onto the sample surface during one discharge was about 500 W/cm2 and the parallel heat flux ∼15 kW/cm2. The deposited coatings on the sample and a silicon collector are composed of pure carbon and by visual observation can be divided into several bands. The first band on the silicon collector is a region of intense carbon deposition, which is centered directly under the region of intensive plasma exposure and consists of great many irregularly formed grains. The average deposition thickness is ∼50–60 μm, but in some areas it is up to 140–150 μm. The second band is located toroidally upstream of the first along the graphite sample slot and has globular structure. The coating thickness in this band varies from 18 μm on the first band boundary to 10 μm on the silicon collector edge. The third band of background deposition is located downstream of the first band and is an amorphous carbon layer of thickness ∼4–5 μm.
トカマク第一壁、リミター、ダイバータの保護に使用される黒鉛部品は、プラズマ崩壊時および設置不整合により、極めて高い負荷にさらされる可能性がある。タイルの不整合は、プラズマ平行熱流束の影響下で加熱されるリーディングエッジを生じさせる。以前、DIMES機構を用いた特別な試料設計が報告されており、その設計では、DIII-D放電の外側ストライク点からのプラズマに曝露される小さな表面積上に、黒鉛試料が平行熱流束を受けるように配置されていた。本研究では、4回の連続放電各3秒間、合計12秒間のプラズマ曝露中の試料挙動を調査した。1回の放電中の試料表面への平均熱流束は約500 W/cm²であり、平行熱流束は約15 kW/cm²であった。試料およびシリコンコレクタ上に堆積した被膜は、純炭素で構成されており、目視観察によりいくつかのバンドに分類できる。シリコンコレクタ上の第一バンドは、高強度の炭素堆積領域であり、高強度プラズマ曝露領域の直下に位置し、多数の不規則形状の粒から構成されている。平均堆積厚さは約50〜60 μmであるが、一部の領域では140〜150 μmに達する。第二バンドは、黒鉛試料スロットに沿って第一バンドのトロイダル方向上流側に位置し、球状構造を有する。このバンドの被膜厚さは、第一バンド境界部の18 μmからシリコンコレクタ端部の10 μmまで変化する。第三バンドのバックグラウンド堆積は、第一バンドの下流側に位置し、厚さ約4〜5 μmのアモルファス炭素層である。