Analyses of erosion and re-deposition layers on graphite tiles used in the W-shaped divertor region of JT-60U

JT-60UのW型ダイバータ領域で使用された黒鉛タイル上の損耗・再堆積膜の分析

後藤 純孝*; 柳生 純一; 正木 圭; 木津 要; 神永 敦嗣; 児玉 幸三; 新井 貴; 田辺 哲朗*; 宮 直之

Goto, Yoshitaka*; Yagyu, Junichi; Masaki, Kei; Kizu, Kaname; Kaminaga, Atsushi; Kodama, Kozo; Arai, Takashi; Tanabe, Tetsuo*; Miya, Naoyuki

JT-60UのW型ダイバータ領域で使用された黒鉛タイル表面上の損耗・再堆積膜分布を測定した。タイルの使用時期は1997年6月-1998年10月のプライベートフラックス領域内側からの片側排気時期で、2度のボロニゼーション、約3000回以上のD-D放電が実施された。トロイダル方向の損耗深さをダイヤルゲージにより、また再堆積膜厚さは断面SEM観察により実測し、膜の元素組成と膜中のホウ素の化学結合状態をX線光電子分光法(XPS)で解析した。外側ダイバータ板表面は損耗が支配的で、最大損耗深さ20マイクロメータが、また内側ダイバータ板では再堆積が支配的で、再堆積膜最大厚さは60マイクロメータであった。再堆積膜の下部は柱状微構造で、厚い膜では層状構造との多層構造が観察された。再堆積膜の組成は主成分の炭素の他、3-4%のホウ素,0.6%以下の酸素、Ni,Fe,Crであり、ホウ素は炭素と結合している可能性が最も高い。一方ドーム領域では、外側ウィング及び頭頂部タイル上では連続的な再堆積膜は観察されず、内側ウィングタイルの上部領域には20マイクロメータ厚さの再堆積膜が認められた。損耗・再堆積のポロイダル非対称性はダイバータ領域におけるプラズマ粒子負荷条件の内外非対称性(内側がより低温・高密度)に起因すると解釈された。

Erosion and re-deposition were studied for graphite tiles from W-shaped divertor region of JT-60U in Jun. 1997 - Oct. 1998 periods in which more than 3000 D-D discharges were made with all-carbon wall with boronizations and inner-private flux pumping. On the outer divertor targets, erosion was dominant: maximum erosion depth of around 20 micrometers was measured, while on the inner targets, re-deposition was dominant: columnar structure layers and laminar/columnar-layered structures of maximum thickness around 60 micrometers were found. Through XPS analysis, compositions of the re-deposition layers at a around mid point on the inner target were 94 - 95 at% C, 3 - 4 at% B, and less than 0.6 at% O, Fe, Cr, and Ni. Boron is mainly bound to Carbon. No continuous deposition layers on the dome top/outer wing, while deposition layers were found on the inner wing. Observed in/out asymmetry is attributable to in/out asymmetry of plasma particle conditions in the divertor region.