Numerical analysis of incident angle of heavy metal impurity to plasma facing components by IMPGYRO

重金属不純物のプラズマ対向壁への入射角に関する数値解析

星野 一生; 藤間 光徳*; 古林 真彦*; 畑山 明聖*; 井内 健介*; 大宅 薫*

Hoshino, Kazuo; Toma, Mitsunori*; Furubayashi, Masahiko*; Hatayama, Akiyoshi*; Inai, Kensuke*; Oya, Kaoru*

核融合炉のプラズマ対向壁材料にタングステンを用いた場合、タングステン不純物の炉心混入と放射損失が問題となる。不純物の炉心混入量を予測評価するためには、自己スパッタリング率と反射率の評価が重要である。これらは、不純物粒子の固体壁への入射角に強く依存することが知られている。そこで、モンテカルロ不純物輸送コードIMPGYROを用いて、JT-60Uの接触及び非接触プラズマ分布を用いたタングステン不純物の輸送解析を行い、ダイバータ板への入射角度分布を調べた。その結果、入射粒子の価数に対応した幾つかのピークを持つ入射角度分布が得られた。これは、シース電場による壁垂直方向への加速が、入射粒子の価数に依存するためである。また、自己スパッタリング率及び反射率に対するシースの影響を調べた。接触プラズマ状態では、おもに、シース電場により入射角が変化したことに起因して、シース電場を考慮しない場合に比べて自己スパッタリング率が増大した。一方、非接触プラズマ状態では、反射が支配的であり、シース電場の影響はほとんどみられなかった。

The self-sputtering yield and the reflection yield are important for a prediction of the tungsten impurity content penetrating into the main plasma in future fusion reactors. These yields greatly depend on the incident angle of impurities to the plasma facing components. The IMPGYRO code is applied to the analysis of the angle distribution of incident impurities and the effect of the incident angle and energy on the sputtering and reflection yields. The incident angle distribution is divided into several peaks corresponding to charge states. This is caused by the different acceleration for each charge state by the sheath. In the attached plasma case, the sheath increases the self-sputtering yield. This is due to the change of the incident angle by the sheath rather than the change of the incident energy. On the other hand, in the detached plasma case, the significant effects of the sheath on the sputtering yield and the reflection yield is not seen.