Dynamic simulation of erosion and redeposition on plasma facing materials

プラズマ対向材での損耗と再堆積の動的シミュレーション

大宅 薫*; 田辺 哲朗*; 竹永 秀信; 井内 健介*

Oya, Kaoru*; Tanabe, Tetsuo*; Takenaga, Hidenobu; Inai, Kensuke*

プラズマ対向材の損耗と再堆積に関する動的シミュレーション結果について報告する。JT-60UのW型ダイバータでは、内側ダイバータ板で損耗、外側ダイバータ板で再堆積が観測されている。内外非対称性を解明するために、EDDYコードを用いて損耗・再堆積の計算を行った。EDDYコードでは、ダイバータ板から発生した不純物の輸送、及び不純物のダイバータ板への動的堆積過程を考慮している。さらに、エネルギーに依存した反射係数,ダイバータ板近傍での炭化水素の解離過程,炭化水素の吸着係数を取り入れて計算を行う。外側ダイバータ板でスパッタされた不純物は、ダイバータ板近傍ですぐに解離し、スパッタ位置に近い場所に再堆積する。再堆積した不純物はさらにスパッタを受けるため、外側ダイバータ板では損耗が支配的となる。一方、内側ダイバータ板では、プラズマ温度が低いために損耗を受けにくく、外側ダイバータから長距離輸送された不純物が堆積することで再堆積層が形成される。これらの計算結果は、実験結果とほぼ一致する。その他、TEXTORのツインテストリミタの計算,ブラシ構造での炭化水素堆積、及び炭素イオン照射時のタングステンの分子動力学計算について報告する。

Dynamic simulation results of erosion and redeposition on plasma facing materials were reported. In JT-60U W-shaped divertor, erosion was dominant on the outer divertor plate, whereas deposition was dominant on the inner plate. The erosion and redeposition patterns on the plates were calculated using the EDDY code, which treats transport of impurities released from the plates in the plasma and dynamic material mixing processes. Forthermore, energy-dependent reflection and dissociation of hydrocarbons on the surface was employed in addition to a constant sticking coefficient on the plate. Hydrocarbons released from the outer divertor plate were immediately ionized when entering the plasma and were redeposited near the release position. But they were subjected to re-erosion, resulting in small effective sticking. On the whole, most area of the outer divetor plate was eroded. In contrast, the inner divertor plate was dominated by deposition due to lower plasma temperature. These results agreed with the experimental observations. Simulations for the twin test limiter experiments in TEXTOR, hydrocarbon redeposition in castellated surfaces and molecular dynamics of ion-solid interactions were also reported.