Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3935
Um diese negativen Effekte zu reduzieren ist es erforderlich die Gefäßwände durch Abscheidung
dünner, sauerstoffbindender Filme in reaktiven Gasen (SiH4, B2H6) zu konditionieren und
akkumulierte Verunreinigungen regelmäßig zu entfernen. Diese Verfahren wurden maßgeblich am
Jülicher Fusionsexperiment TEXTOR [9,10,11] entwickelt und werden derzeit erfolgreich an vielen
Forschungseinrichtungen mit Glimmentladungen durchgeführt.
Der Einsatz supraleitender Feldspulen an zukünftigen Experimenten wird deutlich längere
Entladungszeiten ermöglichen, erfordert jedoch auch neue Methoden der Wandkonditionierung, da
Glimmentladungen mit den permanenten Magnetfeldern nicht kompatibel sind.
In dieser Arbeit wurden daher mikrowellenerzeugte Plasmen in einem toroidalen Magnetfeld
untersucht. Dazu erfolgte zunächst eine Charakterisierung der Entladung in Abhängigkeit von den
wählbaren Parametern Magnetfeldstärke, Neutralgasdruck und Mikrowellenleistung. Die räumlich
aufgelösten Messungen der Elektronendichten und Elektronentemperaturen wurden in
unterschiedlichen Prozessgasen durchgeführt, um eine Extrapolation Ergebnisse auf die
Plasmaparameter bei der Abscheidung von Schichten in den reaktiven Gasen wie Methan und
Acetylen zu ermöglichen.
Durch den Einsatz verschiedener Diagnostiken konnte sowohl die räumliche Verteilung der
Schichtdicke bestimmt werden und auch eine Analyse der Schichteigenschaften, wie
Wasserstoffgehalt und thermische Stabilität, erfolgen. Anhand dieser Ergebnisse war es möglich die
Mechanismen des Filmwachstums durch den Einfluß von neutralen Radikalen und
Kohlenwasserstoffionen besser zu verstehen. Weiterhin wurde auch die Abtragung der Schichten in
H2, D2 und O2-Plasmen charakterisiert und verglichen.
To reduce these negative effects it is indispensable to condition the vessel walls regular by deposition
of thin, oxygen gettering layers using reactive gases like silane (SiH4) or diborane (B2H6) and to
remove accumulated impurities. These methods have been mainly developed at the experimental
device TEXTOR at the research centre Jülich [9, 10, 11] and are successfully practised at many fusion
devices by using glow discharges.
The implementation of superconducting field coils in future fusion devices will lead to significant
extended discharge duration but will also require new techniques for the wall conditioning, because
glow discharges are not compatible with the permanent magnetic fields.
Therefore, this thesis is dedicated to the investigation of microwave generated plasmas in a toroidal
magnetic field. In the first part the discharge is characterised in dependence on the selectable
parameters magnetic field strength, neutral gas pressure and microwave input power. Spatial
measurements of the electron density and temperature were done for different process gases to allow
an extrapolation of the results on the plasma parameter during the layer deposition in reactive gaseous
like methane (CH4) or acetylene (C2H2).
As a result of the application of various diagnostics the spatial distribution of the film thickness on the
wall of the vacuum vessel could be distinguished. Further on the composition of the layers by carbon
and hydrogen could by analysed and the thermal stability ofthe films was investigated ex-situ.
The results of these measurements leads to an improved understanding on the mechanism of the film
growth and the influence of neutral radicals and charged hydrocarbons on it. In addition the erosion of
the deposited layers by discharges in hydrogen, deuterium and oxygen has been characterised by mass
spectrometry and investigation of the layer thickness by interference colour analysis.
Ihde, Jörg
Untersuchungen zur Wandkonditionierung mit mikrowellenerzeugten Plasmen in einem toroidalen Magnetfeld
III, 169 S., 2001
Ein zentrales Problem bei der Nutzung der kontrollierten Kernfusion als möglicher Energielieferant
der Zukunft ist die Wechselwirkung des heißen Fusionsplasmas mit den begrenzenden
Wandkomponenten des Vakuumgefäßes. Dort treffen hochenergetische, geladene oder neutrale
Teilchen aus dem Plasma auf, was die Freisetzung von Wandmaterial hervorrufen kann. Dies führt
einerseits zu einer begrenzten Lebenszeit von stark belasteten Komponenten, wie Limitern oder
Divertorplatten, und anderseits zu einer Verunreinigung des Fusionsplasmas. Die erodierten Teilchen
dringen dabei in das Entladungsvolumen vor und verursachen so eine Verdünnung und Abkühlung des
Fusionsgemisches aus Deuterium und Tritium.
One main problem for the use of the controlled fusion as possible energy source for the future is the
interaction between of the hot fusion plasma with the surrounding wall components of the vacuum
vessel. These parts are hit by high energetic, charged or neutral particles from the plasma which can
cause the release of wall material. This leads on the one hand side to a limited life time of the high
load components, as limiter or divertor plates, and on the other hand side it cause a contamination of
the fusion plasma. The eroded particles penetrate into the discharge volume so that the mixture of
deuterium and tritium is diluted and cooled down by radiation losses.
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