DIII-D H 模放电中碳化硅作为偏滤器装甲材料的评估
等离子体物理
2021-04-12 v1 应用物理
摘要
碳化硅(SiC)是下一代聚变装置中一种有前景但基本未经测试的面向等离子体材料(PFM)。本工作中,通过计算 SiC、Si 和 C 的物理(通过 SDTrimSP)和化学(通过经验标度)溅射产额,建立了一种解析混合材料侵蚀模型。由于相对于 Si 而言 C 的物理和化学溅射更高效,预测在近表面 SiC 层中 Si 含量在 D 等离子体轰击期间会增加。因此,SiC 的硅侵蚀主要来自于富集 Si 层的溅射,而非直接来自 SiC 本身。通过化学气相沉积在 ATJ 石墨上制备的 SiC 涂层,在 DIII-D 托卡马克中经历了重复的 H 模等离子体放电以检验该模型。解析建模的定性趋势由通过 S/XB 方法光谱推断获得的实验测量所复现。在定量上,模型略微低估了测量的侵蚀速率,这归因于离子撞击角度分布的不确定性以及边缘局域模的影响。暴露后,观察到 SiC 涂层的宏观或微观表面形貌变化极小。成分分析显示约 10% 的 Si 富集,与侵蚀模型的预期一致。外推至 DEMO 型装置,若可实现低 C 等离子体杂质含量,相对于石墨,SiC 壁预计使杂质源减少一个数量级,杂质辐射最多减少 2 倍。这些有利的侵蚀特性促使对 SiC 作为低 Z、非金属 PFM 的进一步研究。
引用
@article{arxiv.2104.04083,
title = {Evaluation of silicon carbide as a divertor armor material in DIII-D H-mode discharges},
author = {T. Abrams and S. Bringuier and D. M. Thomas and G. Sinclair and S. Gonderman and L. Holland and D. L. Rudakov and R. S. Wilcox and E. A. Unterberg and F. Scotti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.04083},
year = {2021}
}
备注
17 pages, 15 figures