Effect of thin contaminating coating on reflectance of metallic mirror placed inside the vacuum chamber of a fusion device

The practice of use of diagnostic mirrors inside the fusion devices revealed the appearance of a deposit on the mirror surface. Such deposit is a result of condensation of the erosion materials of those inner components that are subjected to the strongest plasma impact. Another reason for deposit growth is the wall conditioning procedures like carbonization and boronization. Appeared on the diagnostic mirrors and windows the contaminating films deteriorate the optical properties of these diagnostic elements, i.e., the mirror reflectance and window transmissivity. The object of this paper is to investigate an influence on reflectance of metal mirrors of thin films of the materials that are most probable in fusion devices under operation (boron and carbon) or can be promising in a fusion reactor (beryllium)

The prospect on the use of Be mirrors in a fusion reactor with Be first wall

Many methods of plasma diagnostics in a fusion reactor (FR) require the use of so called first mirrors (FM) disposed inside the vacuum vessel. One reason of FM degradation is the deposition on the FM surface of material eroded from the inner components subjected to most intensive plasma impact, i.e., deposition of beryllium in the case of experimental FR (ITER) with Be wall protection. Thus, in ITER only Be mirror can sustain its optical properties for long time and in the present paper results are presented of the simulation experiments on some ITER environment effects on FM made of Be. Namely, effects of bombardment by D ions on reflectance, R(λ), in the λ=220-650 nm range was studied as modelling the impact of charge exchange atoms. It was found that with high ion energy (600-1350 eV) the sharp drop of R(λ), 5-20 %, rising with decreasing wavelength of reflected light, was observed after ion fluence ~10¹⁸ions/cm². It was supposed that under deuterium ions the BeO surface film was transformed into the Be(OD)₂ film accompanying by changing the refraction and extinction indices of the film, as was registered by ellipsometry measurements. Effects of ion energy and ion fluence variation on R(λ) of Be mirrors are discussed in detail.Багато методів діагностики плазми в реакторі синтезу (РC) вимагають використання так званих перших дзеркал (ПД), розташованих у внутрішній частині вакуумної камери. Одна з причин деградації ПД - осадження на поверхні ПД матеріалу ерозії внутрішніх компонентів, що піддавались найбільш інтенсивній плазмовій дії, тобто, осадження берилiю у випадку експериментального РС (ІTER) із захистом стінки з Be. Таким чином, тільки в ІTERі дзеркало з Be може зберігати оптичні властивості протягом довгого часу, і в наведеній роботі представлені результати експериментів моделювання деяких ефектів середовища ІTER для ПД, виготовленого з Be. А саме, вплив бомбардування іонами D на коефіцієнт відображення, R(λ), у діапазоні λ=220–650 нм вивчався у рамках моделі ударного впливу атомів перезарядження. При високих енергіях іонів (600-1350 eВ) було виявлене різке зниження R(λ), 5-20 %, зростаюче при зменшенні довжини хвилі відбитого світла, яке спостерігалось після флюенса іонів ~10¹⁸ іонів/cм². Передбачалося, що під дією іонів дейтерію поверхнева плівка Be була перетворена на Be(OD)₂ плівку, що супроводжувалось зміною показників рефракції і экcтинкції плівки, як було зареєстровано вимірами эліпсометрії. Докладно обговорювалось вплив енергії іонів і варіацій флюенсу іонів на R(λ) Be дзеркала.Многие методы диагностики плазмы в реакторе синтеза (РC) требуют использования так называемых первых зеркал (ПЗ), расположенных во внутренней части вакуумной камеры. Одна из причин деградации ПЗ – осаждение на поверхности ПЗ материала эрозии внутренних компонент, подвергавшихcя наиболее интенсивному воздейcтвию плазмы, то есть, осаждение бериллия в экспериментальном РC (ITER) с защитой cтенки из Be. Таким образом, только в ITERе зеркало из Be может cохранять оптические свойства в течение долгого времени. В данной работе представлены результаты экспериментов моделирования некоторых эффектов влияния cpеды ITER на ПЗ, изготовленное из Be. А именно, влияние бомбардировки ионами D на коэффициент отражения, R(λ), в диапазоне λ=220-650 нм изучалоcь в рамках модели ударного воздействия атомов перезарядки. Пpи высоких энергиях ионов (600–1350 эВ) было обнаружено резкое снижение R(λ), 5-20%, возpаcтающее пpи уменьшении длины волны отраженного света, которое наблюдалоcь после воздействия флюенса ионов ~10¹⁸ ионов/cм². Предполагалось, что под дейcтвием ионов дейтерия поверхностная пленка BeO преобразовалась в Be(OD)₂ пленку, что сопровождалоcь изменением показателей рефракции и экcтинкции пленки, как было зарегистрировано измерениями эллипсометрии. Подробно обcуждалоcь влияние энергии ионов и вариаций флюенса ионов на R(λ) Be зеркала

Simulation of neutron influence on tungsten mirrors

The effect of neutron irradiation on behavior of optical characteristics for two types of tungsten mirrors was modeled. Preliminary irradiated rcW and WJ-IG mirrors with 20 MeV W⁶⁺ ions were used for experiments. Changes in the surface morphology and optical characteristics of the samples were investigated in the sputtering process.Изучалось влияние нейтронного облучения на поведение оптических свойств двух типов вольфрамовых зеркал rcW и WJ-IG. Зеркала предварительно облучались ионами W⁶⁺ с энергией 20 МэВ. В процессе распыления исследовались изменения морфологии поверхности и оптических характеристик образцов.Вивчався вплив нейтронного опромінення на поведінку оптичних властивостей двох типів вольфрамових дзеркал rcW та WJ-IG. Дзеркала попередньо були опромінені іонами W⁶⁺ з енергією 20 МеВ. Під час процесу розпилення досліджувалися зміни морфології поверхні та оптичних властивостей зразків

Effects of long-term ion bombardment on some optical properties of Rh film mirrors and bulk polycrystalline mirrors

The method is suggested for statistical analyzing the surface structure in cases when the spatial size of structure is not negligibly small in comparison with the size of an area to be analyzed. The method is applied to Rh film mirrors subjected to sputtering by ions of deuterium plasma. The r.m.s. heights quantities are defined from STM and from reflectance in the range 250…650 nm. The irregularities height distributions and the spatial length spectra are studied. The data are compared with those for bulk Cu, SS and Mo polycrystalline mirrors tested in similar conditions.Предложен метод статистического анализа поверхностной структуры в случаях, когда ее пространственный размер не является пренебрежимо малым в сравнении с размером анализируемой области. Метод применяется для пленочных Rh зеркал, распыленных ионами дейтериевой плазмы. Среднеквадратичные величины высот определялись по данным СТМ и коэффициента отражения в диапазоне длин волн 250...650 нм. Вычислены распределения высот неровностей и спектры длин пространственных неоднородностей. Результаты сравниваются с полученными для массивных поликристаллических зеркал из Cu, нержавеющей стали и Mo, распыленных в подобных условиях.Запропоновано метод статистичного аналізу поверхневої структури у випадках, коли просторовий розмір структури не є нехтовно малим порівняно з розміром аналізованої області. Метод застосовується для плівкових Rh дзеркал, що були розпилені іонами дейтерієвої плазми. Середньоквадратичні величини висот визначалися за даними СТМ і коефіцієнта відбиття в діапазоні довжин хвиль 250...650 нм. Обчислені розподіли висот нерівностей і спектри довжин просторових неоднорідностей. Результати порівнюються з даними, отриманими для масивних полікристалічних дзеркал з Cu, неіржавіючої сталі і Mo, розпилених в подібних умовах

Impact of long-term sputtering on mirror samples fabricated from different kind tungsten

The results are presented on effects of long term sputtering of mirror-like samples made of pure tungsten and tungsten with dopants (Y, K-Al, La). The dynamics of surface relief and optical characteristics were measured depending on the depth of erosion under Ar ion bombardment; the rate of sputtering was estimated by the use of mass loss measurements. Difference was found in the character of surface relief, rate of degradation of reflectance and relation between specular and diffusive components of reflected light for different kind W samples.Проведено сравнение поведения образцов зеркал из чистого вольфрама и вольфрама с добавками (Y, K-Al, La) при длительной бомбардировке ионами аргона. Измерялись оптические характеристики поверхности и динамика её рельефа в зависимости от толщины распылённого слоя, которая определялась по потере массы. Обнаружено большое различие в характере рельефа, скорости деградации коэффициента отражения и соотношения зеркального и диффузного компонент отражённого света для зеркалец из вольфрама разного типа.Проведено порівняння поведінки зразків дзеркал з чистого вольфраму и вольфраму с домішками (Y, K-Al, La) при довготривалому бомбардуванні іонами аргону. Вимірювались оптичні характеристики поверхні і динаміка її рельєфу в залежності від товщини розпиленого шару, яка знаходилась по втраті маси зразка. Знайдено велику різницю в характері рельєфу, швидкості деградації коефіцієнту відбиття і співвідношення дзеркального і дифузного компонентів відбитого світла для дзеркалець з різного типу вольфраму