The plasma–wall interaction in the magnetic shadow regions can influence phenomena such as fuel retention, though the role of neutral particle dynamics in the process remains scarcely quantified. Through a novel multi-diagnostic approach, this study investigates how neutral-induced erosion and impurity deposition modulates material migration behind limiters. By modifying and installing custom-designed Quartz crystal MicroBalances (QMBs) on the head of the Material and Plasma Evaluation System located at the equatorial port of sector H in EAST, the in-situ measurement of the erosion and deposition results of the lithium (Li) at different radial positions was performed. The average mass loss rates of the QMB crystal were −9.84 × 10−1 ng cm−2 s−1, 2.54 ng cm−2 s−1, and 2.15 ng cm−2 s−1 at three locations with major radii of 2584 mm, 2784 mm, and 2734 mm, respectively. A clear transition from deposition to erosion was observed as the distance between QMB and plasma increased. Notably, the neutral-induced Li erosion rate was calculated using the 3D-GAPS code. The results prove that, in addition to the influence of plasma parameters on neutral-induced material erosion by varying the neutral energy spectrum, the radial position of the QMB also affects neutral-induced material erosion by changing the solid angle and the angle-dependent sputtering yield. This supports the existence of a limiter-adjacent impurity deposition zone, with material erosion by neutrals acting as a potential fuel retention mitigation mechanism. This work establishes the quantitative framework connecting neutral transport with wall material evolution, providing critical insights for next-step devices like ITER to optimize fuel retention amount.
磁気影領域におけるプラズマ–壁相互作用は、燃料保持などの現象に影響を及ぼし得るが、その過程における中性粒子動力学の役割はほとんど定量化されていない。本研究では、新しい多診断手法を通じて、中性粒子誘起損耗と不純物堆積がリミター背後での材料移動をどのように変調するかを調査する。EASTのセクターHの赤道ポートに位置する材料・プラズマ評価システムのヘッド上に、カスタム設計された水晶微量天秤（QMB）を改造・設置することにより、異なる半径位置におけるリチウム（Li）の損耗および堆積結果のその場計測を実施した。QMB結晶の平均質量減少率は、大半径がそれぞれ2584 mm、2784 mm、および2734 mmである3地点において、−9.84 × 10−1 ng cm−2 s−1、2.54 ng cm−2 s−1、および2.15 ng cm−2 s−1であった。QMBとプラズマの距離が増加するにつれて、堆積から損耗への明確な遷移が観察された。注目すべきことに、中性粒子誘起Li損耗率は3D-GAPSコードを用いて計算された。その結果は、プラズマパラメータが中性粒子エネルギー分布を変化させることにより中性粒子誘起材料損耗に影響を与えることに加えて、QMBの半径位置も立体角と角度依存スパッタ収率を変化させることにより中性粒子誘起材料損耗に影響を与えることを証明している。これは、リミター隣接不純物堆積領域の存在を支持し、中性粒子による材料損耗が燃料保持の潜在的な緩和メカニズムとして機能することを示す。本研究は、中性子輸送と壁材料の進化を結び付ける定量的枠組みを確立し、ITERのような次世代装置における燃料保持量の最適化に重要な知見を提供する。