[論文レビュー] The environment effect on operation of in-vessel mirrors for plasma diagnostics in fusion devices

V. S. Voitsenya, Ch. Gil+12 more|ArXiv.org|Nov 9, 2004

Fusion materials and technologies参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、核融合装置におけるプラズマ診断に用いられる容器内ミラーの劣化を調査したもので、特に発生するエロージョン、再堆積、および発生部の堆積による反射率低下に注目している。JETでの最初のミラー試験（FMT）を通じて実施された研究は、核融合炉の条件下でミラー性能が著しく低下することを示しており、露出後には反射率が最大50％低下している。これは、ITER向けに高度なミラーマテリアルと保護戦略の開発が不可欠であることを示している。

ABSTRACT

First mirrors will be the plasma facing components of optical diagnostic systems in ITER. Mirror surfaces will undergo modification caused by erosion and re-deposition processes [1,2]. As a consequence, the mirror performance may be changed and may deteriorate [3,4]. In the divertor region it may also be obscured by deposition [5-7]. The limited access to in-vessel components of ITER calls for testing the mirror materials in present day devices in order to gather information on the material damage and degradation of the mirror performance, i.e. reflectivity. A dedicated experimental programme, First Mirror Test (FMT), has been initiated at the JET tokamak within the framework Tritium Retention Studies (TRS).

研究の動機と目的

• 核融合炉環境がプラズマ診断に用いられる容器内ミラーの性能に与える影響を評価すること。
• 反射率に影響を与える劣化機構、例えばエロージョン、再堆積、および堆積を特定すること。
• ITERの容器内環境を模倣した条件下でのミラーマテリアルの耐久性を評価すること。
• 現在の核融合装置で得られた実世界のテストデータを、将来の炉用のミラー設計に活用すること。
• 材料の限界や破壊モードを特定することで、ITER用の信頼性の高い光学診断システムの開発を支援すること。

提案手法

• ITERの容器内環境を模倣する目的で、JETトカマクで最初のミラー試験（FMT）を実施した。
• エロージョンが最も顕著に現れる発生部で、プラズマおよびニュートラルビーム環境にミラー試料を露出させた。
• 光学診断を用いて露出前後における反射率の変化を測定した。
• 露出後の表面の形態および組成を、後処理評価技術を用いて分析した。
• FMTのデータをもとに、ITERに準拠した条件下での劣化傾向をモデル化し、ミラーの寿命を予測した。
• 制御された核融合環境下で、エロージョン、再堆積、および堆積がミラー性能に与える影響に関するデータを収集した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プラズマおよびニュートラルビーム環境への露出が、核融合装置の容器内ミラーの反射率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ミラー性能を低下させる主要な劣化機構として、エロージョン、再堆積、または堆積のうち、どれが顕著か？
• RQ3 発生部のような極限環境下で、ミラーの反射率はどの程度低下するか？
• RQ4 現在のミラーマテリアルは、ITERの容器内環境を模倣した条件下で、どのように性能を示すか？
• RQ5 現在の核融合装置での試験から得られる知見は、将来の炉におけるミラー挙動を予測するためにどのように活用できるか？

主な発見

• JETの発生部で露出した後、ミラーの反射率は最大50％低下しており、性能の著しい劣化が確認された。
• エロージョンした物質がミラー表面に堆積していることが、反射率低下の主な要因であると特定された。特に高フラックス領域で顕著であった。
• エロージョンおよび再堆積プロセスがミラー表面の形態を変化させ、光学効率を低下させた。
• FMTの結果から、発生部がミラーの耐久性および性能に最も深刻な挑戦をもたらすことが確認された。
• JETで観察された材料劣化機構のデータは、ITER向けのミラー寿命予測および材料最適化に不可欠な情報を提供する。
• 本研究は、ITERにおけるアクセス制限が限られていることから、既存の核融合装置でミラーマテリアルの事前評価が不可欠であることを示した。