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Tungsten erosion by impurities and redeposition: focus on the magnetised sheath

N Mellet, J P Gunn, B Pégourié, Y Marandet, C Martin, P Roubin2017年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The effect of the magnetised sheath on the gross erosion and redeposition of tungsten is examined with an insight on impurity impact energy and angle. A complete treatment of the impact energy is performed leading to a scaling that differs from the usual formula. It is found that even if the energy distribution at the sheath entrance strongly differs from this approximation, the discrepancy remains under 20% for the impact energy. The average impact angle of a set of impurities is calculated. The difference between models with and without sheath electric field depends strongly on the charge state and mass of the impurity considered. This can lead, for example in the case of gross sputtering due to impinging , to an underestimation of 3–4 times at for very grazing angles. Scalings for high and low density cases, which correspond for fusion relevant magnetic fields () to m−3 and m−3, respectively, are deduced and provide a good estimation of the average impact angle of all impurities. Finally the magnetised sheath is shown to have an effect on the redeposition through two contributions: it increases the prompt redeposition contribution to the total redeposition and constitutes a potential barrier for the ions leaving the surface. A discussion is provided about the optimal width of the simulation domain to capture these effects.

日本語訳

磁化シースがタングステンの巨視的侵食と再堆積に及ぼす効果を、不純物の衝突エネルギーと角度に着目して検討した。衝突エネルギーに対する完全な取り扱いを行い、通常の式とは異なるスケーリング則を導出した。シース入口におけるエネルギー分布がこの近似から大きく乖離している場合でも、衝突エネルギーに対する不一致は20%未満に留まることが判明した。一連の不純物の平均衝突角度を計算した。シース電場の有無によるモデル間の差異は、考慮する不純物の電荷状態と質量に強く依存する。これは、例えば入射による巨視的侵食の場合、非常に掠り角において3〜4倍の過小評価につながり得る。核融合関連の磁場()に対してそれぞれ m−3 および m−3 に対応する高密度および低密度の場合のスケーリング則を導出し、これらは全不純物の平均衝突角度の良好な推定を提供する。最後に、磁化シースが再堆積に及ぼす効果は2つの寄与を通じて示される:それは全再堆積に対する即時再堆積の寄与を増加させ、表面から離脱するイオンに対するポテンシャル障壁を構成する。これらの効果を捕捉するためのシミュレーション領域の最適な幅について議論を提供する。

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TungstenImpurityPlasma sheathPlasma focus
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