광학 방출 분광진단(optical emission spectroscopic diagnostic) 기법인 이른바 S/XB 방법을 사용하여 텅스텐의 in situ 침식(erosion) 속도를 측정하는 것은 최근 현재의 핵융합 연구에서 주목을 받고 있다. 이 방법은 이온화 per 광자 방출을 나타내는 S/XB 값을 특정 스펙트럼 선의 세기(intensity)와 곱하여 침식 속도를 계산한다. S/XB 값은 바닥상태 및 준준위(metastable) 준위로부터의 이온화율(S)과 여기율(X), 그리고 중성 텅스텐(W I)의 특정 복사 전이에서의 분기비(branching ratio)(B)를 통해 주어졌으며, 이는 바닥상태, 준준위, 그리고 상부 공명(upper resonance) 준위 사이에 코로나 평형(corona equilibrium)이 성립한다고 가정한다. 기존 S/XB 방법은 준준위 밀도에 대해 볼츠만 분포(Boltzmann distribution)를 가정하고 텅스텐 원자 특성 온도 $T_{\text{W}}$ )에 대한 자유 파라미터를 도입한다. 본 연구에서는 $T_{\text{W}}$ 로 인해 발생하는 모호성을 제거하기 위해, 다이버터(divertor)에서 텅스텐의 침식 속도를 측정하는 개선된 S/XB 방법을 제안한다. 우리의 접근은 코로나 평형의 틀에서 이들 준위 밀도를 여러 스펙트럼 선 세기와 연관시키는 일련의 광자 방출 방정식을 사용하여 바닥상태 및 준준위 준위의 밀도를 직접 계산한다. 이후, 측정으로 얻어진 다중 스펙트럼 선 세기 및 S/XB의 행렬 연산자(matrix operator) 형태로부터 방출(sputtered)된 플럭스를 산출한다. 제안된 방법은 플라즈마 빔 조사 시설에서 실험적으로 검증되었으며, 본 방법으로 계산한 총괄 텅스텐 침식 속도를 기존 접근으로부터 얻은 값 및 Ar+ 이온 빔 플럭스로부터 스퍼터링 수율(sputtering yield)로 결정된 값과 비교하였다. 실험에서 우리는 플라즈마 소스의 방전 전류 150 A와 이온 입사 에너지 100 eV에서 본 방법으로부터 4.0 × 10 20 m −2 s −1 ( $\pm$ 2.1 × 10 20 )의 스퍼터드 텅스텐 플럭스를 얻었으며, 이전 방법은 $T_{\text{W}}$ 및 스펙트럼 선을 변화시킴에 따라 1.4 × 10 20 m −2 s −1 – 1.9 × 10 21 m −2 s −1 범위를 산출하였다. 스퍼터링 수율 방법에서는 기준값(reference value)으로서 4.1 × 10 20 m −2 s −1 ( $\pm$ 1.1 × 10 19 )의 스퍼터드 플럭스가 측정되었다. 그 결과는 우리의 S/XB 방법이 스펙트럼 선 선택에서의 모호성과 $T_{\text{W}}$ 파라미터를 유의미하게 감소시키고, 기준값들과도 잘 일치함을 보여주어 핵융합 원자로에서 텅스텐 침식을 측정하는 데 있어 보다 정확하고 일관된 접근을 제공한다.

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