Plasma-Wand Wechselwirkungen von Fusionsreaktormaterialien

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500044
• Projekttitel Englisch: Plasma-wall interaction studies related to fusion reactor materials

Schlüsselwörter (Englisch)

ITER; DEMO; Fusion reactor materials, Plasma-wall interaction; Surface erosion and deposition

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Eine der grössten Herausforderungen von ITER liegt in der Wechselwirkung von Plasmaexponierten Komponenten mit dem Fusionsplasma. The rasche Degradation der optischen Eigenschaften von den ersten Spiegeln aufgrund von Erosion und Deposition ist ein wichtiger Punkt, weil es die Diagnose des Plasmas erschwert. Das Ziel ist es die optischen Eigenschaften von Spiegeln im ITER-Betrieb zu erhalten.

Kurzbeschreibung (Englisch)

One of the major challenges facing ITER as well as future devices lies in the interaction of plasmafacing components with the fusion plasma. In particular, the rapid degradation of the optical performance of plasma-facing first mirrors due to erosion and deposition is a major issue, as it critically impairs diagnostic access. Finding a way to maintain the optical performance of diagnostic mirrors during operation is for ITER needed.

Schlussbericht (Deutsch)

Eine der grössten Herausforderungen von ITER liegt in der Wechselwirkung von Plasma-exponierten Komponen-ten mit dem Fusionsplasma. Die rasche Degradierung der optischen Eigenschaften von den ersten Spiegeln aufgrund von Erosion und Beschichtung ist ein wichtiger Punkt, weil es die Diagnose des Plasmas erschwert. Das Ziel ist es die optischen Eigenschaften von Spiegeln im ITER-Betrieb zu erhalten und den Staub, der von den Wänden kommt wieder zu entfernen, ohne die Spiegeleigenschaften zu beeinträchtigen. Mit der heute favorisierte Methode sollen die Spiegel ohne Ausbau mit Ionenbestrahlung im Vakuum gereinigt werden. Die Reinigung ist effektiver mit einem magnetischen Feld aber auch unregelmäßiger. Es wurden bis zu 34 Reinigungszyklen geprüft, ohne dass eine Änder-ung der optische Eingaschaften festgestellt werden konnte. Ein zweiter Utersuchungsgegenstand war das Wachsen von faserigem Wolfram bei der Bestrahlung von heissem Wolfram mit Helium. Dies spielt beim so genannten Diverter eine Rolle. Wir konnten zeigen, dass die Wachstumsrate, bei konstanter Bestrahlung mit Heliumionen, zur Quadratwurzel der Zeit proportional ist.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Departement Physik der Universität Basel

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Marot,L.
Moser,Lucas
Meyer,Ernst

Schlussbericht (Englisch)

First mirrors of optical diagnostics in ITER were exposed in Magnum-PSI linear plasma device and JET-ILW toka-mak. For JET-ILW the mirrors with a rhodium (Rh) or a molybdenum (Mo) coating exhibited a decrease of the reflectivity according the location in the torus and especially the amount of beryllium (Be) deposited on them. Under very harsh erosion conditions in Magnum-PSI, Rh thick coated mock ups, cooled or not, for a high flux exposure the films underwent delamination. Cleaning of mirrors was extensively studied during this period, with magnetic field in collaboration with the SPC Lausanne, or in term of repetitive cleaning till 34 cycles. No degradation of the optical properties of single and nanocrystalline mirrors was demonstrated. Test under magnetic field (3.5T) revealed the non-uniform erosion of the mirrors according the orientation between the field and the mirror but is effective. All this tests bring to a suitable schematic of the implementation of this technique in ITER. Investigations on formation of tungsten fuzz were carried out either in Basel using a new setup or in Pilot-PSI. These thickness measurements showed the fuzz growth is in square root dependence to time or fluence.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Departement Physik der Universität Basel

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Marot,L.
Moser,Lucas
Meyer,Ernst

Zugehörige Dokumente

• Plasma-Wand Wechselwirkungen von Fusionsreaktormaterialien - Schlussbericht [PDF] 2'196 kB

Schlussbericht (Französisch)

Dans le cadre de l’étude de l’interaction plasma -paroi dans ITER, un point a été spécialement étudié à l’Université de Bâle: il s’agit de l’étude de nettoyage de miroirs utilisés pour réfléchir la lumière du plasma vers les diagnostiques d’ITER. Ce nettoyage peut être réalisé de manière répétitive sans dégrader les propriétés optiques du miroir. Les tests conduit avec un champ magnétique jusqu’à 3.5T ont démontré la faisabilité mais révèlent des taux d’érosion diffé-rents sur la surface du miroir en fonction de l’angle entre la surface de ce dernier et le champ. L’intégration dans ITER de cette technique est de plus en plus avancée et est désignée comme une procédure concrète pour les futurs opérations d'ITER. Un autre sujet a aussi été étudié: la formation de structure filamentaire lorsque du tungstène est exposé à un plasma d’hélium. Il a été démontré que la croissance et proportionnelle à la racine carré du temps d’exposition.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Departement Physik der Universität Basel

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Marot,L.
Moser,Lucas
Meyer,Ernst