計算機シミュレーションによる核融合装置内のプラズマ・壁表面相互作用に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09780470
• Research Institution: Takuma National College of Technology
• Principal Investigator: 河田 純 詫間電波工業高等専門学校, 情報工学科, 助教授 (20234073)
• Keywords: 計算機シミュレーション / プラズマ・壁表面相互作用 / 核融合装置 / イオン反射 / スパッタリング / 電子放出 / 表面損耗 / Z_1振動

Research Abstract

核融合実験装置内の、プラズマとプラズマ対向壁間の周辺プラズマ中で生じているプラズマ・壁表面相互作用(イオン反射、スパッタリング、電子放出)の情報収集を目的として、2つの計算機シミュレーションを行い、その結果を国際会議、学会、学術雑誌において発表、報告した。
1. TEXTORの実験結果と比較し、それを説明するため、対向壁材料候補のB,C(低z材)、W(高Z材)を主なターゲット材料に選び、イオン反射とスパッタリングに関する計算機シミュレーションを行った。今回は従来のプログラムに、非常に低エネルギーで粒子が表面から放出される、昇華や脱離、また、化学スパッタリングをモデル化して考慮した。様々な条件での、放出粒子のプラズマへの侵入状況や表面損耗等の実験結果を、定性的にも、定量的にも、再現する事が可能で、物理的に説明できた。また、実験で観測された特別な現象や表面凹凸等をモデル化して、考慮する必要がある事が分かった。
2. 未解明な部分が多く、関心が高い、多価イオンの固体表面衝撃によるカイネティック電子放出特性に関して、イオンの原子番号もと非弾性阻止能の関係に注目しながら、計算機シミュレーションを行った。今回は、電子放出比、放出エネルギー分布、励起深さ分布、放出統計分布等の詳細なろ依存性(Z_1振動)について調べ、Z_1依存性が非弾性阻止能に起因している事と、イオンの弾性衝突と電子のカスケード過程が重要な影響を及ぼしている事が分かった。実験結果を定性的に再現したが、更に改良する必要性がある事が分かった。他の研究者からの関心も高く、議論検討しながら計算を進める予定である。

Research Products

• [Publications] K.Ohya: "Ion reflection and sputtering at tungsten surface exposed to edge plasmas in TEXTOR" Journal of Nuclear Materials. 258-263. 1055-1059 (1998)
• [Publications] J.Kawata: "Z_1 oscillations of ion-induced kinetic electron emission from metal due to the impact of heavy ions" The Bulletin of Takuma National College of Technology. 26. 117-123 (1998)
• [Publications] K.Ohya: "Simulation and experimental studies of impurity release from tungsten exposed to edge plasmas in TEXTOR-94" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press). (1999)
• [Publications] J.Kawata: "Monte Carlo simulation of kinetic electron emission from metals due to inpact of heavy ions" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press). (1999)
• [Publications] K.Ohya: "Boron erosion and carbon deposition due to simultaneous bombardment with deuterium and carbon ions in plasmas" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press). (1999)