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Properties of BeD molecules in edge plasma relevant conditions

D Nishijima, R P Doerner, M J Baldwin, G De Temmerman, E M Hollmann2008年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The A 2Π–X 2Σ+ band (the Δv = 0 sequence) emission of beryllium deuteride (BeD) molecules has been observed both in Be-seeded deuterium plasma and in front of Be targets exposed to deuterium plasma. The particle interchange reaction, Be+ + D2 → BeD + D+, is thought to be a dominant process for the BeD formation in the plasma. On the other hand, BeD observed in front of Be targets is a product of chemical sputtering of Be bombarded by deuterium plasma. The photon emission coefficient of the A–X band at λ ∼ 497.3–499.2 nm around the prominent Q branch is estimated to be ∼5 × 10−14 m3 s−1 for electron temperatures ≳8 eV as deduced from particle balance between Be, Be+, and BeD in D2 neutral pressure scans. The surface temperature dependence of chemical sputtering of Be released as BeD is investigated, and the sputtering yield of BeD is found to peak at ∼440 K. This peak temperature is consistent with the onset temperature of the decomposition of BeD2, obtained from thermal desorption spectrometry of BeD2 powder. Also, the chemical sputtering yield is observed to be decreased with increasing incident ion flux, similar to carbon. Vibrational (Tvib) and rotational (Trot) temperatures of BeD molecules are evaluated by fitting a measured A–X band spectrum with a simulated spectrum. Spectra taken from BeD formed in the plasma are well fitted with a single pair of Tvib and Trot, which increase linearly with electron density. However, the vibrational and rotational energy of sputtered BeD is found not to be consistent with a Boltzmann distribution.

日本語訳

ベリリウム重水素化物(BeD)分子のA 2Π–X 2Σ+バンド(Δv = 0)の発光は、Beを添加した重水素プラズマ中および重水素プラズマに曝露されたBeターゲットの前方の両方で観測された。粒子交換反応Be+ + D2 → BeD+ + Dは、プラズマ中でのBeD生成の支配的な過程であると考えられている。一方、Beターゲットの前方で観測されるBeDは、重水素プラズマによるBeの化学スパッタリングの生成物である。顕著なQ枝の周辺におけるA–Xバンドのλ ∼ 497.3–499.2 nmでの光子放出係数は、D2中性ガス圧掃引におけるBe、Be+、BeD間の粒子バランスから推定して、電子温度≳8 eVにおいて∼5 × 10−14 m3 s−1と見積もられる。BeDとして放出されるBeの化学スパッタリング収率の表面温度依存性を調査し、スパッタリング収率は∼440 Kでピークに達することが見出された。このピーク温度は、BeD2粉末の熱脱離分光法から得られたBeD2の分解開始温度と一致する。また、化学スパッタリング収率は入射イオン束の増加とともに減少することが観測され、これは炭素の場合と類似している。BeD分子の振動温度(Tvib)および回転温度(Trot)は、測定されたA–Xバンドスペクトルをシミュレーションスペクトルとフィッティングすることにより評価された。プラズマ中で生成されたBeDから得られたスペクトルは、単一のTvibとTrotの組で良好にフィッティングでき、これらは電子密度とともに線形に増加する。しかし、スパッタリングされたBeDの振動および回転エネルギーは、ボルツマン分布と一致しないことが見出された。

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