One main concern about the use of graphite as a plasma facing material is the enhanced erosion under hydrogen bombardment due to hydrocarbon formation. In view of the lifetime evaluation of plasma exposed carbon components and of impurity production in present and future machines such as ITER, an analytical expression for the erosion yield by chemical sputtering for the relevant energies, temperatures and incident fluxes is of special importance. An extrapolation to fluxes and energies relevant for high density divertor plasmas has not been possible up to now on the basis of semiempirical fits to laboratory data. Starting from a short review of the existing empirical formulas, recent detailed investigations of the atomistic processes for the thermally activated hydrocarbon emission are described, which enable the formulation of an improved analytical description including the ion flux as a parameter. The chemical erosion of graphite by hydrogen bombardment results from two processes: the thermally activated hydrocarbon emission, Ytherm, and a surface process at low energies and low temperatures resulting from the kinetic ejection of surface hydrocarbon complexes from collisional energy transfer, Ysurf. The new analytic description can be fitted well to the existing data for ion beam erosion, and extrapolation to divertor relevant fluxes is possible. At high ion fluxes the maximum of chemical erosion is shifted to higher temperatures, where annealing of damaged structures leads to a stronger reduction of Ytherm than previously estimated. There are no data on a possible flux dependence of Ysurf, leaving still some uncertainty in extrapolation
黒鉛をプラズマ対向材料として使用する際の主な懸念事項の一つは、水素衝撃による炭化水素生成に起因する侵食の促進である。プラズマに曝される炭素部品の寿命評価、およびITERのような現在および将来の装置における不純物生成を考慮すると、関連するエネルギー、温度、入射フラックスに対する化学スパッタリングによる侵食収率の解析的表現が特に重要である。高密度ダイバータプラズマに関連するフラックスおよびエネルギーへの外挿は、これまでのところ実験室データへの半経験的フィッティングに基づいては不可能であった。既存の経験式の簡潔なレビューから始めて、熱活性化された炭化水素放出に関する原子過程の最近の詳細な調査について述べる。これにより、イオンフラックスをパラメータとして含む改良された解析的記述の定式化が可能になる。水素衝撃による黒鉛の化学的侵食は、熱活性化された炭化水素放出Ythermと、衝突エネルギー移動による表面炭化水素複合体の運動学的放出に起因する低温・低エネルギーでの表面過程Ysurfの2つの過程から生じる。新しい解析的記述は、イオンビーム侵食に関する既存のデータによく適合し、ダイバータ関連フラックスへの外挿が可能である。高イオンフラックスでは、化学的侵食の最大値はより高い温度側にシフトし、そこでは損傷構造のアニーリングによりYthermの低減が従来の推定よりも強く生じる。Ysurfのフラックス依存性に関するデータは存在せず、外挿には依然としていくつかの不確実性が残されている。