Flux dependence of carbon erosion and implication for ITER

化学スパッタリングの粒子束依存性とそのITERへの予測

Roth, J.*; Kirschner, A.*; Bohmeyer, W.*; Brezinsek, S.*; Cambe, A.*; Casarotto, E.*; Doerner, R.*; Gauthier, E.*; Federici, G.*; 東島 智; Hogan, J.*; Kallenbach, A.*; 久保 博孝; Layet, J. M.*; 仲野 友英; Philipps, V.*; Pospieszczyk, A.*; Preuss, R.*; Pugno, R.*; Ruggiri, R.*; Schweer, B.*; Sergienko, G.*; Stamp, M.*

Roth, J.*; Kirschner, A.*; Bohmeyer, W.*; Brezinsek, S.*; Cambe, A.*; Casarotto, E.*; Doerner, R.*; Gauthier, E.*; Federici, G.*; Higashijima, Satoru; Hogan, J.*; Kallenbach, A.*; Kubo, Hirotaka; Layet, J. M.*; Nakano, Tomohide; Philipps, V.*; Pospieszczyk, A.*; Preuss, R.*; Pugno, R.*; Ruggiri, R.*; Schweer, B.*; Sergienko, G.*; Stamp, M.*

国際トカマク物理活動(ITPA)の「スクレイプ・オフ層及びダイバータの物理」トピカルグループでは、新たに較正・検討した化学スパッタリング率のデータを持ち寄り、イオンの入射エネルギー,材料の表面温度で規格化して整理した。これにより、ITERのダイバータ条件に近い高粒子束の領域では、化学スパッタリング率が粒子束の増加とともに減少し、その割合が粒子束の-0.54乗であることを明らかにするとともに、入射粒子のエネルギー,材料の表面温度,粒子束の関数としてまとめた。さらにこの結果をもとに、ITERの定常運転シナリオのプラズマパラメータに対してEROコードを用いてITERダイバータにおける炭素の損耗・再堆積の計算を行い、表面温度に強く依存するものの、損耗率は過去に評価した1.5%に比べて一桁小さいとの結果を得た。

In the frame work of the EU Task Force on Plasma-Wall Interaction and the International Tokamak Physics Activity an attempt was made to establish a possible dependence of the chemical erosion yield of carbon on the ion flux, , involving ion beam experiments, plasma simulators, and fusion devices. After data normalization a fit using Bayesian probability analysis was performed yielding a decrease of the erosion yield with at high ion fluxes. With this dependence on ion flux a comprehensive description is available for chemical erosion as function of energy, temperature and ion flux. Using this dependence the erosion and redeposition of carbon in the ITER divertor can be calculated using the ERO code and the steady-state plasma scenario given by the ITER team. The resulting gross and net erosion rates are compared to previous estimates using a constant erosion yield of 1.5%. The use of the complete parameter dependence results in an order of magnitude lower erosion, most strongly determined by the temperature dependence and the reduction at the highest fluxes.