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Table 3 Summary of f i r s t wall erosion r a t e s in UWMAk-I.

a) Will not t o t a l 100% due t o round off.

b) Includes both sides of w a l l . [After Kulcinski and Enanert.^{5 3}^]

Ion Mean energyClieV) S FluxCcm"'• sec"') Erosion rates (•Vjear) % total Spulle ring

D» 2 3 0.0 2 6. 4 x 1 o " 0.0 0 4 7 T* 2 3 0.0 3 6. 4 X 1 o " 0 . 0 0 7 0 , He 2 3 0 1 5 4.7 x 1 0t 2 0.0 0 26 He = 10 0 0.0 3 1.7X1 O1' 0.90 0 0 2 n > 1 0 0 0 0 0.2 ft 4 x 1 o " 0.1 4^{b )} n . 0 . 1 - 1 0 0 0 0 0.0 0 9 3.4 x SO^{1 4} Q 0 2 2b )

Kfetal 2 3 2 5 2 6 X 1 0^{1 2} Tbral sputtering

0.0 2 3

« 0 . 2 0

Blistering

He 2 3 1 4.7 x 1 0^{t 2} 0.0 1 7 8

He = 1 0 0 3 1 . 7 x 1 0 " 0.00 IB 1

D+ 2 3 0.0 1 6.4X1 01 1 0.0 0 2 3 1

T+ 2 3 0.01 6 . 4 x l 0, S 0 . 0 0 2 3 1

Total blistering = 0 0 2 4 Total wall erosion = 0.2 2 "/Vcar

JAERI‑M 6245

ζ れが表面i と交われば表 I福原子がスバ y ターされるととになる。イオンの場合と異なり~:til車中

t l

， ‑rの飛粍は

f E

倒的に長く，したがって停さ数回の以禦壁材料内にはζの衝突カスケードがsJ

‑'IC分衡し.また墜の両由.でスパッタリングが引き組ζされる。 ζれによって峻1耐が制民し，

プラズ7 と接する側ではさらにプラズ7中への不純物の混入という好ましくない事態を引き起

ζす。スバッタリングに寄与する中性子核反応は弾性散乱，非弾性敬乱.(0.2n)反応などである。原研2次設計依融合動力炉(真空壁はMo)の中性子スペクトルの下での各反応の寄

与率はそれぞれ4 3

ヲ I ! i .

28%. 2 9 %である049)

スバッタリング~'{率曲線 (Fig.3)にもどる。との図の右下 IcliIl線で示してあ 7のが中性チによる Nbのスバッタリング収率(atoms / neutron )についてのSigmund12)，の則論依である。ととには前方(またはランダムな系)および後方スパッタリングについて別々に示しである。最も貫主主な 14.1MeVでのイ自は前方で1.5 x 1 0‑⁰程度，後方で8x 1 0‑⁷程度であるo他方.

rttf，子スバッタリングについての信額できるデータは非常に乏しい。 A uターゲットILおける .50) 1 4.1 MeVの中性子スパyタリング収率のデータはいくつかあるが.その実験値もGarber勺

は 3x 1 0・.Keller51)は <6XIO‑<，さらにBehrischら52)は 5.9xIOべなどとかなり分散している。 Sigmundl2)の想論値が 4.0x 1 0・5であるから実験伎は1‑ 2桁も大きい値を示しているoKul ci nskiとEmmertが UWMAK‑Iの設計にあたり.真空担壁の材料としてステンレス鋼を選んだ際. 10 MeV以上のエネルギーを有する中性子!Cよる平均的なスバッタリング4比率を0.2とした。53)乙のような大きな値を保ったのはNbターゲットの 14.1MeV中性子によるチャンク放tfl( Ch unk Emiss io n )をスバッタリングの一部分として考える・べきだとするKaminskyとDas⁵4)らの実験結果を積極的に評価したからである(Table3を参附 )0

Tab1e 3 Summary of first wa11 erosion rates 1n UW拙k‑I. a) Wi11 not tota1 100% due to round off.

b) Includes both sides of wall.

[After Ku1ci田 ki and Emmert.53)]

ron Mean energy( keV) S Flux(cm'・2・a・・')Era

ー

ⁱ^o^nr^a^l^e^s^(時乍^a^r⁾^勉^l^o^l^a^la⁾

Sput恒ru有

0¹ 23 0.02 6.4 x 1 0¹⁵ 0.0047

T^t 23 0.03 6.4 x 1 0'3 ₀_.0070， 3 He 23 0. 1 5 4.7 x 1 0'2 0.0026

He ..100 0.03 1.7 x 1 0" 0.1，10002

n >10000 0.2 9.4 x I 0¹³ 。14/)) 64 n 。1‑10000 且009 3.4 x /， 0'4 ₀_.022bl 10

地laJ 23 2.5 2.6 x 10'2 0.02 3. 10 1b:al sputt師事 '" 0.2 0

Blislering

He 23 4.7 x 1 0'2 目。o17 8

ー

100 ¹^.7 x 1 0" 0.0019 0+ 23 0.01 6.4XIO'5 ₀_.0023 T+ 23 日01 6.4 X 10¹⁵ 0.0023 Totlllblis阻ing '" 0.0 2 4 τb凶wal1erosion 串0.22圃冷I!l¥r

26‑

JAER1-M 6 2 4 3

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§ 1 1 . sb)K

wtMd^XUfrA &tlt£fr^>tz* £ m e o f T l * IAEA * « £ ! * « Behrisch £

.£&£ L T ^ x . 5 C i l i f i i ^ ^ f - g U x ( H⁺ . H,⁺ . D⁺ , D,⁺ . T⁺. T,⁺ . He⁺ t i ' J ^ g f i - f * v i c J : 5 i S j « ^ f f l S E ^ S * t * 4 © ^ "^rs ' * 'J ^ c o f - * « * 8 ( t t # # K £ L

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2 7

-JABR1‑N 15243

先にみたようにNbのスバyタリング収率は前方と後方を加えても 1.6x 1 0・・程度が殿論航であるととを考えると，中性子スバyタリングについては.今後との鯛りをうめるような月.績と精度のf.Ijい実験が絶対必要となる。

S

11. おわりに

本報告においてはスバッタリング現象の極々の側耐に関する例究の局在の到lJi主点と.続備のカi良444h授とプラズマとの相互作用という観点から.実験データの集舗の状態やそのfii制度などについて述べた。ととではスバッタリングによる不純物販

r ‑

がプラズマ中でどのような学到Jを示すかについては全〈ふれなかった。とれについてはIAEA東京会議の Behrisch と Kadomtsev 18)の論文や原研大型トカマク開発室の一連の仕事を.K<<して頂きたいn

全体としていえるととは低エネルギー軽イオン{日+ . Ha+ . D十 .D/.T+.T/.He^t など)や自己イオンによる高融点の真空壁材料のスバアタリングのデータの集績は非常ζi乏しい。 ζれは従来プラズ7による真空壁材料のスバッタリングがそれほど問題となっていなかったとと，終イオンのスパッタリング収率が ‑J 0・!atomsパonという小さな航であるとと.さらに高融点金属イオンビームの引出・加速が技術的に簡単でないととなどによるものと，!l.tわれる。またSummersら19)が述べているように.再現性のあるデータを得るためには伐留ガスの効果の補正が必袋となる。したがって超高真空技術がスバヅタリングの実験にとっては不吋欠のも ω である。またターーゲット表面の清浄さや組さの程度も実験精度を太きく λ:'(i する 0²⁹•⁵⁴)

ζ うして超尚良雫技術に加えてターーゲットの表山.処Jlp.技術も市暖なものとなってく必。とれからのスパッタリングの実験，とくに数 100eV付近の低エネルギ』官i織の・'t験では.とのような点を十分に考継し洗練された技術をもって行うべきであろうの

プラズ?と真空墜との相互作用という観点に立ったスバッタリングに関する実験においてとのレピューが役立つととを期待したいo

長後』と，スバッタリングに関する研究の端絡を筆者IC:与えて下さった紘似合側究:ls袋 !l;部長IL感謝いたします。

‑27 ‑‑

JABKi-M 6 2 4 3

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