Modelling for near-surface transport dynamics of hydrogen of plasma facing materials by use of cellular automaton

セル・オートマトン法によるプラズマ対向材料表面近傍における水素輸送ダイナミックスのモデル化

志村 憲一郎*; 山口 憲司; 寺井 隆幸*; 山脇 道夫*

Shimura, Kenichiro*; Yamaguchi, Kenji; Terai, Takayuki*; Yamawaki, Michio*

本研究にて、セルオートマトン(CA)法により金属表面からの吸着水素の脱離をモデル化した。本モデルは、表面を1次元に簡素化したもので、表面過程を拡散と脱離に分けて取り扱う。前者は、各時刻で粒子をランダムに配置することにより、また、後者については、これを熱活性化過程とみなすことにより扱っている。モデルの検証として昇温脱離を取り上げ、シミュレーションによる結果を化学反応速度論に基づく計算結果と比較した。両者は見事に一致し、本モデルで表面での再結合脱離が十分に取り扱えることがわかった。現状では2次脱離のケースしか扱えないものの、複雑な条件を有する水素輸送の問題を扱う土台は構築できたと言えよう。

In this study, the kinetics of desorption of adsorbed hydrogen from an ideal metallic surface is modeled in Cellular Automaton (CA). The modeling is achieved by downgrading the surface to one dimension. The model consists of two parts that are, surface migration and desorption. The former is attained by randomly sorting the particles at each time, the latter is realized by modeling the thermally-activated process. For the verification of this model, thermal desorption is simulated and then the comparison with the chemical kinetics is carried out. Excellent agreement is observed from the result. The overall results show that this model is reasonable to express the recombinative desorption of two chemisorbed adatoms. Although the application of this model is limited to second-order reaction case, it can be believed that the groundwork of modeling the transport dynamics of hydrogen through the surface under complex conditions is established.