Investigation of plasma cleaning on Molybdenum crystals for diagnostic mirrors in fusion devices.

In the long-term energy scenario, nuclear fusion is a promising low-carbon and sustainable energy source. The unavoidable exposure of the wall materials to the plasma is a big challenge in realizing a fusion reactor. The plasma-facing components (PFCs) in the reactor wall will experience erosion and deposition in the surface materials. First Mirrors (FMs) are one of the PFCs and the main component of optical plasma diagnostics. One of the main issues that FMs have to address, is the re-deposition of impurities from the plasma. The presence of contaminants on the surface of the mirror affects their reflectivity. In-situ cleaning methods are proposed to restore their performance, such as plasma cleaning. In this project, the investigation of different methods of plasma cleaning on Molybdenum crystals is performed. The metal mirrors are deposited with Tungsten to simulate a ``contamination" on their surface. Characterization of the Molybdenum mirrors was performed before and after the deposition and consequent plasma cleaning, to compare their performance. The results of this investigation have shown that the Magnetron Sputtering technique is the more effective among the different methods experimented on. The performance of the FMs was generally regained and the remaining deposition was limited to a few angstroms. The reflectance measurements on the metal mirror after the plasma cleaning were comparable to the results on the sample before the deposition. The method was also relatively fast and the cleaning rate of the deposition was estimated to be ~ 0.6 nm/sec.

Nello scenario energetico a lungo termine, la fusione nucleare è una promettente fonte di energia sostenibile e a basse emissioni di carbonio. L'esposizione inevitabile al plasma dei materiali delle pareti sono una grande sfida nella realizzazione di un reattore a fusione. I componenti rivolti verso il plasma localizzati nella parete del reattore, noti come Plasma Facing Components (PFCs), sono soggetti a erosione e a deposizioni nella propria superficie. I primi specchi, detti First Mirrors (FMs), sono parte dei PFCs e il componente principale della diagnostica ottica del plasma. Uno dei problemi principali che i FM devono affrontare è la ri-deposizione delle impurità da parte del plasma. La presenza di contaminanti sulla superficie degli specchi influisce sulla loro riflettività. Per prevenire ciò, sono stati proposti metodi di pulizia attuabili all'interno del reattore per ripristinare le loro prestazioni, come la pulizia al plasma. In questo progetto, viene eseguito lo studio di diversi metodi di pulizia al plasma su cristalli di molibdeno. Gli specchi metallici sono depositati con tungsteno per simulare una ``contaminazione" sulla loro superficie. La caratterizzazione degli specchi di molibdeno è stata eseguita prima e dopo la deposizione e la conseguente pulizia al plasma, per confrontare le loro prestazioni. I risultati di questo progetto hanno dimostrato che la tecnica del Magnetron Sputtering è la più efficace tra i diversi metodi sperimentati. Le prestazioni degli FM sono state generalmente recuperate e la deposizione rimanente è stata rimossa, fino a pochi angstrom. Le misure di riflettanza sullo specchio metallico dopo la pulizia al plasma erano paragonabili ai risultati sul campione prima della deposizione. Il metodo è stato anche relativamente veloce, con una stima di ~ 0,6 nm/sec nella rimozione della deposizione.