Les éléments de parois des réacteurs de fusion nucléaire sont soumis à de forts flux de chaleur, des disruptions du plasma et des forts flux des particules. Cette interaction donne lieu à la dégradation de la performance globale des matériaux, diminue la durée de vie des composants et a une forte influence sur la performance du plasma. Un des gros problèmes des interactions plasma-surface est la formation de bulles dans les matériaux, et de cloques en surface. En effet, la formation des bulles et des cloques modifie les propriétés du matériaux et favorise la rétention d’hydrogène. Les expériences ont montré que ce phénomène est influencé par plusieurs paramètres tels que l’énergie des ions impactant la surface, la fluence du plasma, la microstructure et la direction cristallographique des matériaux. Ce travail se concentre sur l’analyse de la dynamique de croissance des bulles et des cloques due à l’exposition à un plasma d’hydrogène dans des matériaux avec un système cristallin cubique et une faible solubilité de l’hydrogène, i.e. l’aluminium. Cela fournit un contexte approprié pour comprendre les phénomènes liés à la structure cristallographique dans des systèmes hexagonaux plus complexes tels que le béryllium. Afin d’effectuer les expériences, les échantillons sont polis et soumis à un traitement thermique pour obtenir un matériau de base de basse rugosité sans contraintes. Par la suite, les échantillons ont été exposés à un plasma d’hydrogène entièrement caractérisé dans lequel plusieurs paramètres ont été variés, tels quel’énergie ionique incidente, la fluence du plasma et la nature de l’exposition. Ce dernier point a été réalisé afin d’étudier les effets de la contrainte, de la relaxation et du refroidissement sur la formation de bulles et de cloques, étant donné que les réacteurs plasma de fusion actuels fonctionnent en cycles au lieu de l’exposition continue au plasma. De plus, la microstructure et l’orientation cristallographique des matériaux ont été investiguées au cours des expériences.L’analyse de l’orientation cristallographique a été effectuée en utilisant des monocristaux{100}, {110} and {111}. Cela permet d’étudier la morphologie des cloques sans l’effet des joints des grains et de poser les bases pour comprendre les systèmes de cristaux hexagonaux.Finalement, afin de comprendre la dynamique de l’hydrogène dans les matériaux, un modèle d’équations macroscopiques 1D avec un code appelé Hydrogen Isotope Inventory Processes Code (HIIPC) a été utilisé. Ce modèle permet de prédire la quantité des isotopes d’hydrogène(HI) retenue dans les matériaux et les processus physiques impliqués dans cette interaction, / Plasma facing components in fusion reactors are exposed to intense thermal loads, plasma disruptions and high-flux particle bombardment. This leads to a plasma wall interactionthat degrades the overall performance of the materials, limits the lifetime of the components and has a strong influence on the plasma performance. One problem derived from plasmawall interactions is bubble and blister formation in materials. This poses a great concern since it changes the material properties and favors hydrogen isotope (HI) retention. Since tritium, a HI, is radioactive, its inventory is quite limited. Experiments have shown that surface modifications are highly influenced by several parameters such incident ion energy,fluence and crystallographic orientation. This work focuses on analyzing blister and bubble dynamics due to hydrogen plasma exposure in materials with a cubic crystal system and alow hydrogen solubility (i.e. Al and W). This provides a suitable background to understand phenomena related to crystallographic structure in hexagonal systems such as beryllium. In order to perform the experiments, the samples were polished and submitted to a heat treat mentto obtain a well-defined low-roughness base material. Afterwards, they were exposedto a fully characterized hydrogen plasma in which several parameters were varied, such asincident ion energy, fluence and discharge regime. The latter was performed in order to studythe effects stress, relaxation and cooling have on bubble and blister formation given tha tcurrent plasma reactors work in cycles instead of continuous plasma exposure. In addition,the microstructure and crystallographic orientation of the materials was varied during the experiments. The analysis of crystallographic orientation were performed by using {100},{110} and {111} single crystals. This allows studying blister morphology without the effect of grain boundaries and setting the basis to understand hexagonal crystal systems. Finally, in order to understand hydrogen dynamics in materials a 1D macroscopic rate equations model with a code named Hydrogen Isotope Inventory Processes Code (HIIPC) was used. This model allows predicting the amount of retained HI’s in materials and the physical processes involved in this interaction such as HI implantation, migration, depth distribution and their release. The results obtained with HIIPC support the results obtained in the experimental section and contribute in the understanding of hydrogen dynamics in material.

Dans la conception des futurs réacteurs de fusion, l’impact des interactions plasma – paroi pèse grandement sur le choix des matériaux à utiliser en première interface. L’utilisation du tritium en tant que combustible impose de plus des limites de sécurité quant à la quantité totale contenue dans le réacteur. L’analyse d’échantillons de parois de Tokamaks a montré une pénétration et une rétention du deutérium (utilisé à la place du tritium) au sein des matériaux carbonés; cette rétention est problématique car contrairement à la rétention dans les couches co-déposées, on ne peut espérer l’éliminer facilement. De part l’accès difficile aux échantillons réels, l’étude de ce phénomène se limite souvent à des analyses post-mortem.Afin d’accéder à la dynamique du phénomène et de s’affranchir de potentielles redistributions des éléments lors du stockage, un dispositif couplant micro analyse nucléaire (µNRA) et implantation basse énergie simultanée, visant à reproduire l’interaction entre le deutérium et les matériaux de la première paroi, a été mis en place. L’analyse µNRA permet de caractériser les profils de répartition en trois dimensions du deutérium en temps réel, à des échelles micrométriques. Des tests ont permis de confirmer le caractère non-perturbateur du faisceau d’analyse.On observe sur l’ensemble des données obtenues que la surface de l’échantillon (0-1 µm) présente une teneur en deutérium élevée et quasi constante ; la répartition du deutérium y est uniforme. A contrario, le deutérium piégé en profondeur (1-11 µm) se concentre dans des sites préférentiels liés à la microstructure du matériau. L’inventaire deutérium en profondeur semble augmenter avec la fluence incidente, malgré une grande dispersion des données attribuée à la variation de structure des zones étudiées. La saturation surfacique comme la migration en profondeur sont instantanées ; le stockage sous vide entraine une légère désorption du deutérium.Les observations faites par µNRA ont été croisées avec celles obtenues via d’autres techniques expérimentales. La µtomographie X a permis d’identifier clairement les porosités comme sites de localisation préférentielle du deutérium en profondeur. La micro-spectrométrie Raman a révélé la formation d’une couche amorphe fine (~30 nm) et saturée en deutérium à la surface du CFC suite à l’exposition au faisceau de deutérium. Enfin, la caractérisation expérimentale de la migration du deutérium dans les CFC obtenue est confrontée aux modèles existants, et un modèle simplifié original est proposé. Considérant que le dépôt en profondeur se produit par le biais de l’implantation et de la diffusion coulombienne du deutérium à la surface des porosités, il permet de reproduire qualitativement les profils de migration observés. / Plasma-wall interactions play an important part while choosing materials for the first wall in future fusion reactors. Moreover, the use of tritium as a fuel will impose safety limits regarding the total amount present in the tokamak. Previous analyses of first-wall samples exposed to fusion plasma highlighted an in-bulk migration of deuterium (used as an analog to tritium) in carbon materials. Despite its limited value, this retention is problematic: contrary to co-deposited layers, it seems very unlikely to recover easily the deuterium retained in such a way. Because of the difficult access to in situ samples, most published studies on the subject were carried out using post-mortem sample analysis.In order to access to the dynamic of the phenomenon and come apart potential element redistribution during storage, we set up a bench intended for simultaneous low energy ion implantation, reproducing the deuterium interaction with first-wall materials, and high energy microbeam analysis. Nuclear reaction analysis performed at the micrometric scale (µNRA) allows characterizing deuterium repartition profiles in situ. This analysis technique was checked to be non-perturbative.We observed from the experimental data set that the material surface (depth 0-1 µm) displays a high and nearly constant deuterium content, with a uniform distribution. On the contrary, in-bulk deuterium (1-11 µm) localizes in preferential trapping sites related to the material microstructure. In-bulk deuterium inventory seems to increase with the incident fluence, in spite of the wide data scattering attributed to the structure variation of studied regions. Deuterium saturation at the surface as well as in-depth migration is instantaneous; in-vacuum storage leads only to a small deuterium global desorption.Observations made via µNRA were combined with results from other characterization techniques. X-ray µtomography allowed identifying porosities as the preferential trapping sites for in-depth deuterium retention. Raman µspectrometry disclosed the formation of an amorphous layer at the surface, very thin (~30 nm) and deuterium saturated, following deuterium irradiation.At last, we confronted the experimental characterization obtained with existing models for deuterium behaviour in carbon materials and proposed a simple and original one. Considering that in-depth retention is due to deuterium implantation and Coulombian diffusion at the open porosity surfaces, it allows reproducing qualitatively the observed experimental profiles.

Studying the interactions of solid particles and deformable gas<br />bubbles in viscous liquids is very important in many applications,<br />especially in mining and chemical industries. These interactions<br />involve liquid-solid-air multiphase flows and an<br />arbitrary-Lagrangian-Eulerican (ALE) approach is used for the direct<br />numerical simulations. In the system of rigid particles and<br />deformable gas bubbles suspended in viscous liquids, the<br />Navier-Stokes equations coupled with the equations of motion of the<br />particles and deformable bubbles are solved in a finite-element<br />framework. A moving, unstructured, triangular mesh tracks the<br />deformation of the bubble and free surface with adaptive refinement.<br />In this dissertation, we study four problems. In the first three<br />problems the flow is assumed to be axisymmetric and two dimensional<br />(2D) in the fourth problem.<br /><br />Firstly, we study the interaction between a rising deformable bubble<br />and a solid wall in highly viscous liquids. The mechanism of the<br />bubble deformation as it interacts with the wall is described in<br />terms of two nondimensional groups, namely the Morton number (Mo)<br />and Bond number (Bo). The film drainage process is also<br />considered. It is found that three modes of bubble-rigid wall<br />interaction exist as Bo changes at a moderate Mo.<br />The first mode prevails at small Bo where the bubble deformation<br />is small. For this mode, the bubble is<br /> hard to break up and will bounce back and eventually attach<br />to the rigid wall. In the second mode, the bubble may break up after<br />it collides with the rigid wall, which is determined by the film<br />drainage. In the third mode, which prevails at high Bo, the bubble<br />breaks up due to the bottom surface catches up the top surface<br />during the interaction.<br /><br />Secondly, we simulate the interaction between a rigid particle and a<br />free surface. In order to isolate the effects of viscous drag and<br />particle inertia, the gravitational force is neglected and the<br />particle gains its impact velocity by an external accelerating<br />force. The process of a rigid particle impacting a free surface and<br />then rebounding is simulated. Simplified theoretical models are<br />provided to illustrate the relationship between the particle<br />velocity and the time variation of film thickness between the<br />particle and free surface. Two film thicknesses are defined. The<br />first is the thickness achieved when the particle reaches its<br />highest position. The second is the thickness when the particle<br />falls to its lowest position. The smaller of these two thicknesses<br />is termed the minimum film thickness and its variation with the<br />impact velocity has been determined. We find that the interactions<br />between the free surface and rigid particle can be divided into<br />three regimes according to the trend of the first film thickness.<br />The three regimes are viscous regime, inertial regime and jetting<br />regime. In viscous regime, the first film thickness decreases as the<br />impact velocity increases. Then it rises slightly in the inertial<br />regime because the effect of liquid inertia becomes larger as the<br />impact velocity increases. Finally, the film thickness decreases<br />again due to Plateau-Rayleigh instability in the jetting regime.<br />We also find that the minimum film thickness corresponds to an<br />impact velocity on the demarcation point between the viscous and<br />inertial regimes. This fact is caused by the balance of viscous<br />drag, surface deformation and liquid inertia.<br /><br />Thirdly, we consider the interaction between a rigid particle and a<br />deformable bubble. Two typical cases are simulated: (1) Collision of<br />a rigid particle with a gas bubble in water in the absence of<br />gravity, and (2) Collision of a buoyancy-driven rising bubble with a<br />falling particle in highly viscous liquids. We also compare our<br />simulation results with available experimental data. Good agreement<br />is obtained for the force on the particle and the shape of the<br />bubble.<br /><br />Finally, we investigated the collisions of groups of bubbles and<br />particles in two dimensions. A preliminary example of the oblique<br />collision between a single particle and a single bubble is conducted<br />by giving the particle a constant acceleration. Then, to investigate<br />the possibility of particles attaching to bubbles, the interactions<br />between a group of 22 particles and rising bubbles are studied. Due<br />to the fluid motion, the particles involved in central collisions<br />with bubbles have higher possibilities to attach to the bubble. / Ph. D.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23880号 / 工博第4967号 / 新制||工||1776(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 / (主査)教授 黒瀬 良一, 教授 中部 主敬, 教授 岩井 裕 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

The purpose of this thesis is to investigate the inelastic action in the reinforced concrete frame-wall structures analytically and with that analysis to follow the plastic formation of the structure. For this purpose, six mid-rise reinforced concrete buildings with frame-wall are modeled and analyzed to understand the effect of the height and base shear force ratio of the wall on the nonlinear interaction between reinforced concrete wall and frame members under static lateral loads and ground motion excitations. The parametric analysis is conducted by assuming planar response of the buildings under loadings. The buildings are generated considering the limit design concept suggested by Turkish Earthquake Code 2007 and Turkish Standards TS500, and the frame-wall members are modeled by using spread plasticity elements and fiber discretization of sections. In the analysis stage, each element section is divided into confined and unconfined regions for detailed modeling of the building by using OpenSEES nonlinear finite element program. Two dimensional analyses are conducted under static and dynamic loadings. For static pushover analyses, three different lateral load cases (Triangular, Uniform and First-Mode Lateral Load Patterns) are considered. For dynamic analyses, eight different ground motions are used. These ground motions are scaled to the corresponding design response spectrum suggested by Turkish Earthquake Code 2007 by using RSPMATCH program. Using the result of the complex and simplified analyses, inter-story drift ratios, plastic rotations and internal force distributions of the buildings are investigated.

Trois raisons poussent à caractériser et contrôler l´interaction plasma-surface dans les machines de fusion thermonucléaire : 1/ la limitation du temps de vie des éléments de première paroi du fait de leur érosion par le plasma, 2/ la pollution de celui-ci par les particules érodées et la diminution des performances qui en découle et 3/ la rétention du gaz de travail (D, T) dans les parois ou dans les couches redéposée constituées de produits d´érosion. Dans les machines à mur carbone, les points 1/ et 3/ sont étroitement couplés, jouant un rôle capital dans le bilan de matière du fait de la forte affinité chimique du carbone avec l´hydrogène ou ses isotopes. Si le bilan érosion/redéposition est souvent obtenu à partir d'analyses post-mortem d´echantillons prélevés dans la machine, deux méthodes sont utilisées pour établir le bilan de rétention en quantifiant la quantité d'hydrogène piégée dans la paroi : les analyses post-mortem, et le bilan de gaz décharge par décharge. Ces deux méthodes conduisent à des estimations en fort désaccord, la quantité d´hydrogène piégée obtenue à partir des analyses post-mortem étant inférieure d'un facteur quatre à celle obtenue à partir du bilan de gaz. La raison en est que la première est résolue dans l´espace et intégrée sur le temps, alors que la seconde st une valeur globale pour toute la machine mais résolue choc à choc. Résoudre le désaccord entre les eux estimations précitées implique alors d´étendre les mesures post-mortem à l´ensemble des éléments de première paroi et le bilan de gaz à toute la période pendant laquelle ces éléments ont été utilisés (périodes sans plasma, ou pendant lesquelles la machine était ouverte). / Three reasons can be invoked to characterize and control plasma-surface interaction in thermonuclear fusion devices : 1/ the plasma erosion limits the lifetime of the first wall components, 2/ the penetration of eroded particles in the plasma is the cause of fuel dilution and loss of performance and 3/ part of the fuel (D/T) is trapped in the wall or layers resulting from the redeposition of eroded particles. In carbon wall devices, points 1/ and 3/ are strongly coupled due to the chemical affinity of carbon with hydrogen or its isotopes. If the erosion/redeposition balance is often obtained from post-mortem analyses of samples extracted from the vacuum chamber, two methods are currently used to build the fuel balance, and particularly to quantify the amount of which trapped in the vessel : the post-mortem analyses cited above, and discharge per discharge gas balance. Estimations by these two methods exhibit a significant discrepancy, the amount of trapped hydrogen estimated by post-mortem being typically four times lower than that obtained from gas balance. The main reason is that the former value is resolved in space (it depends of the location of the sample in the vacuum vessel) but integrated in time (it concerns the whole period during which the sample was in the device), when the latter is a global value for the whole machine but is resolved discharge per discharge. For solving the discrepancy, one must perform post-mortemanalyses on a number of samples large enough for covering the whole vessel and extend gas balance measurements to the whole period during which the considered first wall elements were used, including the period in between plasmas and vents.

Eines der größten Probleme bei der kontrollierten Kernfusion ist die immense thermische Belastung der mit dem Plasma in Berührung kommenden Materialien. Um den Energiefluß aus dem Plasma auf eine möglichst große Fläche zu verteilen, werden die betroffenen Komponenten in der Regel so angebracht, da"s das magnetische Feld annähernd parallel zur Oberfläche verläuft. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ein spezieller drehbarer Meßkopf zur winkelabhängigen Messung des Strom- und Energieflusses entwickelt und ausführliche experimentelle Untersuchungen zur Winkelabhängigkeit der Teilchen- und Energieflüsse auf eine Fläche durchgeführt. Zum Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen wird basierend auf den Gyrationsbahnen der Teilchen ein analytisches Modell entwickelt und dessen qualitative Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden festgestellt. Die Durchführung der Experimente erfolgte am Plasmagenerator PSI-2, einem linearen Divertor-Simulator mit einem moderaten magnetischen Feld. Der Aufbau des Meßkopfes als ebene Sonde in einer isolierten Fläche enspricht dabei in etwa der einer sogenannten ,,flush-mounted probe''''. Die äußeren Maße der Sonde sind dabei vergleichbar mit dem Ionengyroradius ri}. Während die Elektronen bei den Experimenten stark magnetisiert sind, variieren die Bedingungen für die Ionen zwischen unmagnetisiert und magnetisiert je nach Ionenmasse und Magnetfeldstärke. Bei den Experimenten wurden verschiedene Größen der Plasmarandschicht als Funktionen des Winkels zwischen der Oberflächennormale der Sonde und dem Vektor des magnetischen Feldes bestimmt. / In fusion experiments, the energy flux to the target plates is an important issue. In order to spread the heat load, surfaces are usually designed to intersect magnetic field lines at very shallow angles. In the course of this work, a sensitive probe allowing simultaneous measurements of energy flux and current density as functions of a bias voltage was developed. Extensive experimental data on the particle and energy flux densities as functions of the angle between a surface and the confining magnetic field are provided. An analytical model is developed in order to reveal the physics involved; it is in good qualitative agreement with the experimental results. The experiments were conducted at the PSI-2 facility, a linear divertor simulator with moderate magnetic field strength. The probe was rotated in a spatially homogeneous plasma. The active area, a tungsten covered Peltier module, was immersed in a ceramic surface, closely resembling the geometry of a flush mounted probe. Its dimensions were comparable to the ion gyro radius ri. While the electrons were strongly magnetized, the ion conditions varied between unmagnetized and magnetized depending on the ion species. Sheath parameters were determined as functions of the angle alpha between the probe surface normal and the magnetic field.

Dans un souci d’optimisation des fours industriels et de réduction des émissions de gaz à effet de serre,l’oxy-combustion est considérée comme l’une des solutions d’avenir. Les conditions existantes dans les chambres d’oxycombustion créent une interaction forte entre les différents phénomènes : Combustion,turbulence et transferts de chaleur. Pour mieux dimensionner les configurations futures il est nécessaire de pouvoir étudier la physique qui y règne, et ce pour un coût et un temps de retour raisonnables. De tels études nécessitent l’emploi d’outils de simulation de haute fidélité,et afin de modéliser les interactions inter-phénomènes à un coût acceptable le couplage de codes est utilisé. C’est avec cet objectif que les travaux présentés dans ce manuscrit se concentrent sur la mise au point d’une méthodologie de couplage entre codes d’écoulements réactifs et de transfert de chaleur dans les parois pour la réalisation de simulations de haute-fidélité massivement parallèles prédictives des chambres futures. / Oxycombustion is seen as one mean to attain the wished goals in terms of efficiency optimisation and Greenhouse Effect Gases emissions reduction for industrial furnaces. The extreme operating conditions, high pressure and temperature, lead to a strong interaction between the different phenomena which take place inside the combustion chambe r: Combustion, turbulence and heat transfer. To better design these futur oxyfuel processes, a mean to study the related physics with a reasonable computational cost and return time. Such studies require the use of high-fidelity numerical resolution tools, and in order to model the multi-physics interaction in a cost efficient way, code coupling. The operating conditions being extreme : High pressure and temperature, a strong interaction exists between the different phenomena occuring inside the chamber. To better understand the physics inside oxycombustion chambers,a multiphysics high-fidelity simulation methodology is developped.

Cette thèse expérimentale et numérique s’intéresse à l’écoulement à inertie négligeable d’un fluide newtonien et d’un fluide à seuil autour d’une plaque ou d’un cylindre en présence d’une paroi. Les efforts générés et les structures d’écoulement ont été particulièrement étudiés. Pour le fluide à seuil, l’étude est centrée sur le domaine des effets de seuil grands par rapport aux effets visqueux. Pour l’approche expérimentale, un dispositif a été conçu permettant de mesurer simultanément les forces de traînée et de portance en fonction de la vitesse et de la distance obstacle/paroi. Les fluides étudiés sont un sirop de glucose Newtonien et un gel de Carbopol considéré comme un fluide à seuil modèle. Ces matériaux ont été finement caractérisés du point de vue rhéologique. Des simulations numériques utilisant le modèle viscoplastique anélastique d’Herschel-Bulkley régularisé par le modèle de Papanastasiou ont été réalisées. Les résultats obtenus avec le fluide newtonien ont permis de valider l’installation expérimentale et l’approche numérique. Les effets de la contrainte seuil, de la distance paroi/obstacle, de la rhéofluidification, de l’angle d’inclinaison de la plaque sur les coefficients de traînée et de portance ont été examinés en détail. Le régime de lubrification a été étudié pour le cylindre expérimentalement et théoriquement. La morphologie de l’écoulement (zones rigides) et les grandeurs locales ont été montrées. Des solutions analytiques de la traînée et de la portance ont été proposées. Les comparaisons entre les résultats expérimentaux et numériques ainsi qu’avec les solutions issues de la plasticité de la mécanique des sols sont analysées. Les écarts sont discutés en termes d’influence de l’élasticité et de plasticité du fluide à seuil. / This experimental and numerical thesis deals with the creeping flow of a Newtonian fluid and a yield stress fluid around a plate or a cylinder in the presence of a wall. The generated forces and the flow structures have been particularly studied. The study focuses for the yield stress fluid on large yield stress effects compared to the viscous effects. For the experimental approach, a device has been designed to measure simultaneously the drag and lift forces as a function of velocity and obstacle / wall distance. The fluids studied are a Newtonian glucose syrup and a Carbopol gel considered as a yield stress fluid model. These materials have been finely characterized from the rheological point of view. Numerical simulations using the Herschel-Bulkley anelastic viscoplastic model regularized by the Papanastasiou model were carried out. The results obtained with the Newtonian fluid allowed to validate the experimental set-up and the numerical approach. The effects of the yield stress, the wall / obstacle distance, the power law index and the inclined plate on the drag and lift coefficients were carefully examined. The lubrication regime has been studied for the cylinder both experimentally and theoretically. The morphology of the flow (rigid zones) and the local field quantities have been shown. Analytical solutions of drag and lift have been proposed. Comparisons between the experimental and numerical results as well as the solutions resulting from the plasticity of soil mechanics are analyzed. Deviations are discussed in terms of the elasticity and plasticity influence of the yield stress fluid.

Der Einsatz von Kohlenstoffmaterialien z.B. in ITER ist damit verbunden, dass es durch physikalische und chemische Zerstäubung zur Bildung von Kohlenwasserstoffen kommt, die im Randschichtplasma zersetzt werden und sich in Form tritiumreicher amorpher Kohlenwasserstoffschichten auf den Wänden ablagern. Deshalb ist ein besseres Verständnis der Bildung, der Zersetzung, des Transports und der Haftung von Kohlenwasserstoffen infolge der Plasma-Wand-Wechselwirkung von großem Interesse. Die genannten Prozesse wurden am linearen Plasmagenerator PSI-2 mit Hilfe verschiedener Diagnostiken für unterschiedliche Plasmen systematisch untersucht. Die Analyse der ablaufenden Reaktionen mittels einfacher Bilanzgleichungen machte es möglich, wichtige Zerfalls- und Bildungskanäle für die verschiedenen Kohlenwasserstoffe und deren Abhängigkeiten von bestimmten Parametern zu ermitteln. Es zeigte sich, dass die starke Zersetzung und Umwandlung von Methan in Wasserstoffplasmen auf die dominierenden Ladungsaustauschreaktionen im Niedertemperaturbereich zurückzuführen ist. Weiterhin wurden Zersetzungslängen für Methan und Ethen gefunden, die im Bereich einiger Zentimeter liegen. Die Untersuchungen der CH-Band-Emission und der Wachstumsprozesse von a-C:H-Schichten ermöglichten die Detektion von globalen und lokalen Zersetzungsprozessen in unterschiedlichen Plasmen, die je nach Plasmadichte (und Gasart) erklärt werden können. Bisher fehlte in allen Modellierungen die atomare Wasserstoffdichte, die hier mit zwei unterschiedlichen Methoden bestimmt wurde. Durch Depositionsexperimente mit und ohne direkten Plasmaeinfluss konnte der durch Stickstoffeinlass verursachte Scavenger Effekt und die damit verbundene Reduktion der Depositionsrate eindeutig nachgewiesen werden. Die Auswertung der QMS-Daten mit Hilfe der Bayesschen Statistik ermöglichte erstmals die Spezifikation der beteiligten Volumenreaktionen. / The materials envisaged for the thermally heavily burdened divertor plates of the international fusion device ITER are CFC materials. As a result of physical and chemical sputtering of these materials many different hydrocarbons are formed which are decomposed at the plasma edge and lead to the deposition of tritium- rich amorphous hydrocarbon films on the vessel walls. Consequently a better understanding of hydrocarbon formation, fragmentation, transport and sticking is an important issue in fusion research. The aforementioned processes are studied systematically at the linear plasma generator PSI-2 using various diagnostics in a range of plasmas. By means of simple balance equations the ongoing reactions could be analysed making it possible to identify important decomposition and formation channels for the various hydrocarbons and their dependence on certain parameters. The strong decomposition and transformation of methane in hydrogen plasmas can be traced back to dominant charge exchange reactions in the low temperature range. In addition, decomposition lengths for methane and ethylene in the range of a few centimetres were found. Spatially resolved measurements of CH band emission and investigations of the growth processes of a-C:H layers enabled the detection of global and local decomposition processes of injected hydrocarbons in different plasmas which can be explained according to the plasma density (and gas type). So far all simulations have lacked information on the density of atomic hydrogen, which in this work has been determined using two different methods. In addition, by means of deposition experiments with and without direct plasma influence, the scavenger effect induced by nitrogen injection and the associated reduction in the deposition rate has been clearly demonstrated. The analysis of the QMS data using Bayesian statistics enabled verification of the volume reactions involved for the first time.