核融合装置における周辺プラズマと対向壁の相互作用の計算機シュミレーション

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09680494
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 大宅 薫 徳島大学, 工学部, 教授 (10108855)
• 研究分担者: 西村 賢治 沼津工業高等専門学校, 講師 (90249798) ; 河田 純 詫間電波工業高等専門学校, 助教授 (20234073) ; 原田 昭夫 徳島大学, 工学部, 助手 (40294722)
• キーワード: 核融合 / プラズマ・表面相互作用 / 計算機シュミレーション / スバッタリング / 対向壁損耗 / 不純物発生 / 2次電子放出 / イオン反射

研究概要

開発したシミュレーションコードを利用して、実機条件で計算を行い、ドイツ連邦共和国ユーリッヒ研究センターのTEXTOR装置における実験結果と比較することによって、プラズマ対向壁の損耗過程と不純物放出過程について研究した。その結果、以下のことが明らかになった。
(1) TEXTOR装置にタングステン製テストリミターを挿入し、リミター近傍で測定された不純物線スペクトル分布と比較した。これによって、タングステンと表面に堆積した炭素の放出が物理スパッタリングによることや、ほとんどの重水素や酸素が化学スパッタリングや熱脱離などの表面温度に依存する低エネルギー過程によって放出されている可能性を示した。さらに、炭素材において顕著な化学スパッタリングがタングステンなどの不純物の堆積によって大きく抑制されることを実機条件で明らかにした。
(2) ボロンコーティングした炭素材をTEXTOR装置に挿入したボロン膜の損耗試験と比較した。これにより、プラズマ中の不純物炭素の再堆積によって、ボロンのスパッタリングが大きく減少し、ボロン膜の損耗が抑制されることを明らかにした。
また、対向壁表面からの2次電子放出についても、実機条件で計算機シミュレーションを行った。これにより、特に、磁界による2次電子のラーモア運動によって起こる表面への再付着現象が、元々2次電子放出率の大きな高Z材において顕著に起こり、結果としてプラズマ対向壁の2次電子放出率の材料による違いが抑制されることを示した。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohya,J.Kawata,T.Tanabe,M.Wada,Y.Ueda,et al.: "Ion reflection and sputtering at tungsten surface exposed to edge plasmas in TEXTOR" Journal of Nuclear Materials. Vol.258-263. 1055-1059 (1998)
• [文献書誌] K.Ohya,J.Kawata,T.Tanabe,M.Wada,T.Ohgo,et al.: "Particle emission from atungsten test limiter in TEXTOR-94:a comparison between experimental and Monte Carlo simulated results." Journal of Nuclear Materials. (in press). (1999)
• [文献書誌] K.Ohya,T.Tanabe,M.Wada,T.Ohgo,V.Philipps,et al.: "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)
• [文献書誌] K.Ohya,J.Kawata,J.Wienhold,P.Karduck,et al.: "Boron erosion and carbon deposition due to simultaneous bombardment with deuterium and carbon ion in plasmas" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press). (1999)
• [文献書誌] K.Ohya: "Secondary electron emission from plasma facing materials and its imapact on sheath potential" Nuclear Instrumentsand Methods inPhysics Research B. (in press). (1999)
• [文献書誌] N.Saji,K.Ohya: "Influence of impurity depsition onion reflection and sputtering from low Zand high Zmaterials" Bulletin of Faculty of Engineering,The University of Tokushima. No.44. (1999)