Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Sticking and erosion at carbon-containing plasma-facing materials in fusion reactors

Petra Träskelin

Doctoral dissertation, August 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physical Sciences.

Kontrollerad fusion av atomkärnor tillhör de mest lovande framtida energikällorna. Innan man kan åstadkomma fusion, måste man emellertid kunna ha kontroll över de enorma energidensiteter, som är närvarande i plasman i en fusions reaktor. För att kunna förutspå utvecklingen och livstiden för olika material av första väggen i en reaktor, måste man först erhålla fundamental information om växelverkan mellan atomer och molekyler och första väggens ytor. I den här avhandlingen har sådana fundamentala fästnings- och erosions processer studerats i detalj med hjälp av molekulär dynamiska simulationer, genom att tillämpa både analytiska potentialer och en halvempirisk tight-binding metod.

Fästningstvärsnittet för CH3 radikaler vid osaturerade kolatomer på diamant (111) ytor konstaterades minska med ökande infallsvinkel i våra simuleringar. Detta beroende kan beskrivas med en enkel geometrisk model. Simulationerna visade vidare att fästningstvärsnittet för CH3 radikaler är starkt beroende av den närmaste omgivningen av osaturerande kolatomer.

Erosionen av amorfa kolväteytor under bombardemang av väte i kombination med helium, neon, och argon, vid energier från 2 till 10 eV, studerades i både icke-kumulativa och kumulativa simulationer. Resultaten låter oss förstå att det inte finns någon väsentlig skillnad mellan storleken på avkastningen av sputtrat kol från simulationer av bombardemang av olika ädelgas joner. De slutgiltiga simulationscellerna uppvisar en tydlig skillnad i ytmorfologi mellan 5 och 10 eV jon bombardemang simulationer.

Vidare undersöktes beteendet av amorfa kolväteytor under bombardemang av D+, D+2, och D+3 joner i energispektret 2 -- 30 eV. De totala kemiska sputtrings avkastningarna indikerar att molekulära projektiler leder till större sputtrings avkastning än atomära projektiler.

Även effekten av vätejons bombardemang av både kristallina och amorfa kol-wolfram ytor studerades. Under långvarigt bombardemang formades ett amorft volfram-kol skikt, oberoende av hur original strukturen av ytan såg ut. Prioriterad sputtring av kol observerades både i de kumulativa och de icke-kumulativa simulationerna. Denna observation är i överenstämmelse med experimetella observationer.

Publikations titel sida

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 07.08.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki