journal article·2011-08

Progress in modeling erosion and redeposition on plasma facing materials

Kaoru Ohya

Journal of Nuclear Materials· Volume 415· Issue 1
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Abstract

Abstract The unavoidable contact of plasmas with surrounding walls results in plasma–surface interactions (PSIs). Computer modeling has become increasingly important in understanding PSI mechanisms within current fusion devices, ITER, and those beyond. This paper describes recent modeling codes covering various PSI themes and their physical and chemical bases. Particular emphasis is placed on physical and chemical sputtering of wall surfaces, transport of impurities released in the plasma, redeposition of returning impurities and resultant material mixing. Calculation results, such as those corresponding to light emission patterns above surfaces and deposition/erosion distributions on surfaces, are used for comparison with experimental observations made with small test limiters and tracing gas injections. Although the given profiles of various plasma parameters are taken from measurements or plasma code simulations, direct coupling to a plasma code is under development for the express purpose of better understanding local and global features of erosion and redeposition in fusion devices.
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Research context

OpenAlex topics: Fusion materials and technologies · Magnetic confinement fusion research · Plasma Diagnostics and Applications

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References (86)

Show source-provided references
1. Biersack · Nucl. Instrum. Methods · 1980 · 174 · 25710.1016/0029-554X(80)90440-1 ↗
2. Biersack · Appl. Phys. A · 1984 · 34 · 7310.1007/BF00614759 ↗
3. Möller · Comput. Phys. Commun. · 1988 · 51 · 35510.1016/0010-4655(88)90148-8 ↗
4. Y. Yamamura, Y. Mizuno, Rep. Instrum. Plasma Phys., Nagoya Univ., IPPJ-AM-40, 1985.
5. Yamamura · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 1987 · 28 · 1710.1016/0168-583X(87)90029-2 ↗
6. Nordlund · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 2001 · 180 · 7710.1016/S0168-583X(01)00399-8 ↗
7. Alman · J. Nucl. Mater. · 2003 · 313–316 · 18210.1016/S0022-3115(02)01428-9 ↗
8. Ito · J. Plasma Phys. · 2006 · 72 · 80510.1017/S0022377806005289 ↗
9. Stuart · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 2007 · 255 · 20210.1016/j.nimb.2006.11.078 ↗
10. Marian · J. Appl. Phys. · 2007 · 101 · 04450610.1063/1.2496577 ↗
11. Maya · New J. Phys. · 2008 · 10 · 02300210.1088/1367-2630/10/2/023002 ↗
12. Sharma · J. Nucl. Mater. · 2007 · 363–365 · 128310.1016/j.jnucmat.2007.01.180 ↗
13. Brooks · Phys. Fluids B · 1990 · 2 · 185810.1063/1.859457 ↗
14. Stangeby · J. Nucl. Mater. · 1992 · 196–198 · 25810.1016/S0022-3115(06)80042-5 ↗
15. Naujoks · Nucl. Fusion · 1994 · 33 · 58110.1088/0029-5515/33/4/I05 ↗
16. Shimizu · J. Nucl. Mater. · 1995 · 220–222 · 41010.1016/0022-3115(94)00499-4 ↗
17. Kirschner · Nucl. Fusion · 2000 · 40 · 98910.1088/0029-5515/40/5/311 ↗
18. Ohya · Phys. Scr. T · 2004 · 111 · 13810.1238/Physica.Topical.111a00138 ↗
19. Droste · Plasma Phys. Control Fusion · 2008 · 50 · 01500610.1088/0741-3335/50/1/015006 ↗
20. Chodura · Phys. Fluids · 1982 · 25 · 162810.1063/1.863955 ↗
21. Birdsall · 1985
22. Dejarnac · J. Nucl. Mater. · 2007 · 363–365 · 56010.1016/j.jnucmat.2006.12.055 ↗
23. Inai · J. Plasma Fusion Res. SERIES · 2009 · 8 · 433
24. Rognlien · Fusion Eng. Des. · 2002 · 60 · 49710.1016/S0920-3796(02)00005-4 ↗
25. Brooks · Fusion Eng. Des. · 2002 · 60 · 51510.1016/S0920-3796(02)00007-8 ↗
26. Hassanein · Fusion Eng. Des. · 2002 · 60 · 52710.1016/S0920-3796(02)00008-X ↗
27. Eckstein · 1991
28. Gnaser · 1999
29. Lee · Phys. Scripta · 2009 · T138 · 01404510.1088/0031-8949/2009/T138/014045 ↗
30. Ohya · Phys. Scripta · 2006 · T124 · 7010.1088/0031-8949/2006/T124/014 ↗
31. Schmid · J. Nucl. Mater. · 2003 · 313–316 · 30210.1016/S0022-3115(02)01346-6 ↗
32. Rubel · Phys. Scripta · 1999 · T81 · 6110.1238/Physica.Topical.081a00061 ↗
33. Naujoks · J. Nucl. Mater. · 1995 · 220–222 · 99310.1016/0022-3115(94)00459-5 ↗
34. Eckstein · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 2000 · 171 · 43510.1016/S0168-583X(00)00321-9 ↗
35. Eckstein · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 1999 · 153 · 41510.1016/S0168-583X(98)01018-0 ↗
36. Schmid · J. Nucl. Mater. · 2002 · 302 · 9610.1016/S0022-3115(02)00807-3 ↗
37. Wilson · J. Nucl. Mater. · 1978 · 76–77 · 29110.1016/0022-3115(78)90160-5 ↗
38. W. Möller, Tech. Rep. IPP 9/44 Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, 1983.
39. Garcia-Rosales · J. Nucl. Mater. · 1996 · 233–237 · 80310.1016/S0022-3115(96)00185-7 ↗
40. Ono · J. Nucl. Mater. · 2009 · 390–391 · 71310.1016/j.jnucmat.2009.01.196 ↗
41. Bizyukov · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 2008 · 226 · 197910.1016/j.nimb.2008.03.211 ↗
42. Liang · J. Nucl. Mater. · 2007 · 363–365 · 18410.1016/j.jnucmat.2007.01.006 ↗
43. R. Smith, M. Jakas, D. Ashworth, B. Oven, M. Bowyer, I. Chakarov, R. Webb, Atomic and Ion Collisions in Soilds and at Surfaces – Theory, Simulation and Applications – Cambridge, 1997, p. 39.10.1017/CBO9780511524325.003 ↗
44. Träskelin · J. Nucl. Mater. · 2008 · 375 · 27010.1016/j.jnucmat.2007.11.012 ↗
45. Reinhold · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B · 2009 · 267 · 69110.1016/j.nimb.2008.11.036 ↗
46. Tichmann · Phys. Scripta · 2009 · T138 · 01401510.1088/0031-8949/2009/T138/014015 ↗
47. Brenner · Phys. Rev. B · 1990 · 42 · 945810.1103/PhysRevB.42.9458 ↗
48. Brenner · Phys. Rev. · 1992 · B46 · 194810.1103/PhysRevB.46.1948.2 ↗
49. Brenner · J. Phys.: Condens. Matter · 2002 · 14 · 783
50. Stuart · J. Chem. Phys. · 2000 · 112 · 647210.1063/1.481208 ↗
51. Juslin · J. Appl. Phys. · 2005 · 98 · 12352010.1063/1.2149492 ↗
52. Björkas · J. Phys.: Condens. Matter · 2009 · 21 · 445002
53. Björkas · J. Phys.: Condens. Matter · 2010 · 22 · 352206
54. Ohya · J. Nucl. Mater. · 2009 · 390–391 · 7210.1016/j.jnucmat.2009.01.072 ↗
55. Ohya · Fusion Eng. Des. · 2010 · 85 · 116710.1016/j.fusengdes.2010.02.033 ↗
56. Baldwin · Nucl. Fusion · 2006 · 46 · 44410.1088/0029-5515/46/4/005 ↗
57. Doerner · Phys. Scripta · 2007 · T128 · 11510.1088/0031-8949/2007/T128/023 ↗
58. Björkas · New J. Phys. · 2009 · 11 · 12301710.1088/1367-2630/11/12/123017 ↗
59. K. Ohya, A. Chen, J. Kawata, K. Nishimura, D. Kato, T. Tanabe, T. Kato, Res. Rep. National Institute for Fusion Science, NIFS-DATA-84, 2004.
60. Mizoshita · J. Nucl. Mater. · 1995 · 220–222 · 48810.1016/0022-3115(94)00509-5 ↗
61. Sato · J. Nucl. Mater. · 1999 · 266–269 · 119710.1016/S0022-3115(98)00684-9 ↗
62. Kawamura · J. Nucl. Mater. · 2009 · 390–391 · 17210.1016/j.jnucmat.2009.01.160 ↗
63. Inai · J. Nucl. Mater. · 2009 · 390–391 · 11910.1016/j.jnucmat.2009.01.136 ↗
64. Matveev · Plasma Phys. Control Fusion · 2010 · 52 · 07500710.1088/0741-3335/52/7/075007 ↗
65. Litnovsky · J. Nucl. Mater. · 2009 · 390–391 · 55610.1016/j.jnucmat.2009.01.097 ↗
66. Inai · Fusion Eng. Des. · 2010 · 85 · 141610.1016/j.fusengdes.2010.03.068 ↗
67. Brooks · Fusion Eng. Des. · 2005 · 72 · 36310.1016/j.fusengdes.2004.10.002 ↗
68. Kawata · Jpn. J. Appl. Phys. · 1995 · 34 · 623710.1143/JJAP.34.6237 ↗
69. Kögler · J. Winter, Rep. Forschungszentrum Jülich · 1997 · 3361
70. Hyodo · J. Nucl. Mater. · 2003 · 313–316 · 118310.1016/S0022-3115(02)01523-4 ↗
71. Roth · J. Nucl. Mater. · 1999 · 266–269 · 5110.1016/S0022-3115(98)00658-8 ↗
72. http://www.adas.ac.uk.
73. Janev · Forschungszentrum Jülich · 2002 · 3966
74. Janev · Rep. Forschungszentrum Jülich · 2003 · 4005
75. http://www.eirene.de.eigen.
76. Stangeby · 2000
77. Wienhold · J. Nucl. Mater. · 2001 · 290–293 · 36210.1016/S0022-3115(00)00573-0 ↗
78. Kreter · J. Nucl. Mater. · 2007 · 363–365 · 17910.1016/j.jnucmat.2007.01.054 ↗
79. Kirschner · J. Nucl. Mater. · 2004 · 328 · 6210.1016/j.jnucmat.2004.03.011 ↗
80. Ohya · Phys. Scripta · 2009 · T138 · 01401010.1088/0031-8949/2009/T138/014010 ↗
81. Tokar · Plasma Phys. Control Fusion · 2010 · 52 · 0700310.1088/0741-3335/52/7/075003 ↗
82. Strachan · Nucl. Fusion · 2008 · 48 · 10500210.1088/0029-5515/48/10/105002 ↗
83. Aho-Mantila · Phys. Scripta · 2009 · T138 · 01401910.1088/0031-8949/2009/T138/014019 ↗
84. Toma · J. Nucl. Mater. · 2009 · 390–391 · 20710.1016/j.jnucmat.2009.01.169 ↗
85. Shimizu · Contrib. Plasma Phys. · 2008 · 48 · 27010.1002/ctpp.200810047 ↗
86. Shimizu · Nucl. Fusion · 2009 · 49 · 06502810.1088/0029-5515/49/6/065028 ↗