Surface damage characteristics of CFC and tungsten with repetitive ELM-like pulsed plasma irradiation

Kikuchi, Yusuke; Nishijima, D.; Nakatsuka, Masaya; Ando, Keiichi; Higashi, Tomomitsu; Ueno, Yuki; Ishihara, Masatou; Shoda, K.; Nagata, Masayoshi; Kawai, Takayuki; Ueda, Y.; Fukumoto, N.; Doerner, R.

doi:10.1016/j.jnucmat.2010.12.019

Cited by 27 publications

(7 citation statements)

References 14 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…However, the fibre-form nanostructure containing helium bubbles on a tungsten (W) surface, the so-called 'fuzz' [1][2][3] generated by the irradiation of He, one of the fusion reaction products, has been an issue, due to an apparent weakness against heat load [4] and easy triggering of unipolar arcing [5,6]. On the other hand, various kinds of surface characteristics, apparently favourable for fusion, have been found, for example, an increase in surface cooling capability [7,8], suppression of electron emission leading to a reduction in the power transmission factor through the sheath in front of the tungsten surface [8], suppression of physical sputtering [9,10] due to heavy ions, such as argon and neon, which will be introduced into the scrape-off layer (SOL) for plasma cooling there as radiators, and some resistance against cracking due to thermal shocks [11].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effects of fibre-form nanostructures on particle emissions from a tungsten surface in plasmas

2012

View full text Add to dashboard Cite

The effects of fibre-form nanostructure of a tungsten surface on both electron emission and sputtering in helium/argon plasmas are represented. Generally, a nano-fibre forest, the so-called ‘fuzz’, made of tungsten with helium gas inside is found to have the tendency of suppressing the particle emission substantially. The electron emission comes from the impact of high-energy primary electrons. In addition, a deeply biased tungsten target, which inhibits the influx of even energetic primary electrons, seems to produce an electron emission, and it may be suppressed on the way to nanostructure formation on the surface of the W target. Such an emission process is discussed here. The sputtering yield of the He-damaged tungsten surface with the fibre-form nanostructure depends on the surface morphology while the sputtering itself changes the surface morphology, so that the time evolutions of sputtering yield from the W surface with an originally well-developed nanostructure are found to show a minimum in sputtering yield, which is about a half for the fresh nanostructured tungsten and roughly one-fifth of the yield for the original flat normal tungsten surface. The surface morphology at that time is, for the first time, made clear with field emission scanning electron microscopy observation. The physical mechanism for the appearance of such a minimum in sputtering yield is discussed.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effects of fibre-form nanostructures on particle emissions from a tungsten surface in plasmas

2012

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The nano-structured surfaces were found to exhibit better resistance to surface cracking. Cracks were observed on a mirror-polished surface even after 1 plasma gunshot of Q ~ 0.7 MJ m −2 [222], while samples with the nano-fiber layer of ~1-3 µm did not exhibit surface cracking even after 10 transient shots [221]. But this does not seem a universal effect.…”

Section: W Nano-fiber (Fuzz) Formation and Erosionmentioning

confidence: 91%

Baseline high heat flux and plasma facing materials for fusion

et al. 2017

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

In fusion reactors, surfaces of plasma facing components (PFCs) are exposed to high heat and particle flux. Tungsten and Copper alloys are primary candidates for plasma facing materials (PFMs) and coolant tube materials, respectively, mainly due to high thermal conductivity and, in the case of tungsten, its high melting point. In this paper, recent understandings and future issues on responses of tungsten and Cu alloys to fusion environments (high particle flux (including T and He), high heat flux, and high neutron doses) are reviewed. This review paper includes; Tritium retention in tungsten (K. Schmid and M. Balden), Impact of stationary and transient heat loads on tungsten (J.W. Coenen and Th. Loewenhoff), Helium effects on surface morphology of tungsten (Y. Ueda and A. Ito), Neutron radiation effects in tungsten (A. Hasegawa), and Copper and copper alloys development for high heat flux components (C. Hardie, M. Porton, and M. Gilbert).

show abstract

“…19. СЭМ-изображение поверхности вольфрамового образца после испытаний электронным пучком в установке JUDITH-2, 0,41 ГВтм -2 (что соответствует фактору теплового потока F HF  9 MВтм -2 с -0,5 и плотности энергии 0,2 МДжм -2 ) после 1000 (a), 10 000 (б), 100 000 (в) импульсов, квазистационарная температура образца 700 ºС [30] В установке JUDITH-2 электронный пучок имеет гауссово распределение в пространстве с шириной (при половине максимума интенсивности) несколько миллиметров. Пучок перемещается по поверхности образца при испытаниях и обеспечивает импульсную нагрузку длительностью 0,48 мс с частотой повторения 10 Гц, параметрами тепловой нагрузки: плотность мощности 0,2 ГВтм -2 (что соответствует фактору теплового потока F HF  4,5 MВтм -2 с -0,5 и плотности энергии 0,1 МДжм -2 ) или 0,6 ГВтм -2 (что соответствует фактору теплового потока F HF  13 MВтм -2 с -0,5 и плотности энергии 0,3 МДжм -2 ) (рис.…”

Section: изменение микроструктуры после отверждения расплавленной повunclassified

“…совмещение мощной стационарной и импульсной нагрузок на тестовые образцы) является сложной задачей. В установке Magnum-PSI используется режим резкого импульсного увеличения мощности плазменного разряда продолжительностью до 100 с. В установке NAGDIS-II используется инжекция плазменного сгустка из коаксиального плазменного ускорителя [30] в стационарный плазменный разряд.…”

Section: Introductionunclassified

Results of High Heat Flux Tungsten Divertor Target Tests Under Iter and Reactor Tokamak-Relevant Plasma Heat Loads (Review)

Budaev¹

2015

PAST-TF

View full text Add to dashboard Cite

Тепловые нагрузки на вольфрамовые мишени дивертора в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба в стационарной стадии DT-разряда будут достигать ~10 МВтм −2 , а при срывах плазмы и ЭЛМах импульсные кратковременные нагрузки будут увеличиваться до ~0,6-3,5 ГВтм −2. В обзоре изложены результаты исследований поведения вольфрама при таких плазменнотепловых нагрузках. Основное внимание уделяется описанию микроструктуры поверхности, рекристаллизации и морфологии трещин мишени. Наблюдаются плавление и растрескивание вольфрама, капельная эрозия, формирование неоднородных и пористых слоёв на поверхности материала. Обсуждается формирование вольфрамовой пыли субмикронного размера и влияние неоднородной вольфрамовой поверхности на взаимодействие плазма-стенка. Отмечается необходимость дополнительных испытаний и изучения стойкости вольфрама в условиях повышенных импульсных плазменных нагрузок на диверторные пластины ИТЭР, в том числе при срывах плазмы и ЭЛМах. Ключевые слова: материалы термоядерного реактора, вольфрам, плазменно-тепловые испытания, токамак, ИТЭР.

show abstract

Surface damage characteristics of CFC and tungsten with repetitive ELM-like pulsed plasma irradiation

Cited by 27 publications

References 14 publications

Effects of fibre-form nanostructures on particle emissions from a tungsten surface in plasmas

Effects of fibre-form nanostructures on particle emissions from a tungsten surface in plasmas

Baseline high heat flux and plasma facing materials for fusion

Results of High Heat Flux Tungsten Divertor Target Tests Under Iter and Reactor Tokamak-Relevant Plasma Heat Loads (Review)

Contact Info

Product

Resources

About