Production of ammonia by surface reactions of H and N atoms on surfaces not wetted by partially ionized plasma may represent an important technological issue in fusion reactors where puffing nitrogen is employed to cool plasma in the divertor region. The H and N atoms are likely to interact on such surfaces forming NH3 molecules. The interaction efficiency was studied in a laboratory setup consisting of two separate sources of either N or H atoms. Both sources enabled experiments with atoms at room temperature in the range of H-atom density of the order of 1021 m−3 and N-atom density of the order of 1020 m−3. The production of ammonia was measured with a calibrated residual gas analyser. The production depended on the fluxes of both atoms onto the surface of selected materials. As a general rule, the higher H-atom flux at a constant N-atom flux caused an increase in ammonia production. The highest efficiency of up to 50% was found for nickel. It was up to 30% for tungsten, whereas for P92 alloy, it was up to about 20%. The accuracy of these results is within about ±20% of the measured values. Methods for suppressing ammonia formation in fusion reactors will have to be invented in order to enable appropriate long-term operation.
部分電離プラズマに濡れていない表面上でのH原子とN原子の表面反応によるアンモニアの生成は、ダイバータ領域のプラズマを冷却するために窒素のパフが用いられる核融合炉において、重要な技術的課題を表す可能性がある。H原子とN原子は、そのような表面上で相互作用してNH3分子を形成する可能性が高い。相互作用効率は、N原子用とH原子用の2つの別々の源からなる実験装置で研究された。両方の源により、室温の原子を用いた実験が可能であり、H原子密度は10^21 m−3のオーダー、N原子密度は10^20 m−3のオーダーであった。アンモニアの生成は、較正された残留ガス分析装置で測定された。生成は、選択された材料の表面への両原子のフラックスに依存した。一般的な規則として、一定のN原子フラックスでのより高いH原子フラックスは、アンモニア生成の増加を引き起こした。ニッケルでは、最大50%という最高効率が見られた。タングステンでは最大30%であり、P92合金では最大約20%であった。これらの結果の精度は、測定値の約±20%以内である。適切な長期運転を可能にするために、核融合炉におけるアンモニア生成を抑制する方法を考案する必要があるだろう。