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中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発

Research Project

Project/Area Number 14J00839
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nuclear fusion studies
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

大宅 諒  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords核融合炉壁材料 / プラズマ壁相互作用 / タングステン / 中性子照射影響 / 水素同位体吸蔵 / 核融合炉材料 / 炉壁材料 / 熱負荷応答特性
Outline of Annual Research Achievements

研究課題「中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発」の達成のために、主にメカニズムの解明と材料評価を行った。具体的には、先進タングステン材料の水素同位体吸蔵特性とその中性子照射影響を調べる研究を行った。
先進タングステン材料として、TFGRタングステン(Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten)を使用し、その水素同位体吸蔵特性を調べる研究を行った。その結果、従来のタングステン材料と比べてTFGRタングステン中の水素同位体吸蔵量は多く、それは微細組織(微結晶性と添加物含有)が強い影響を与えていることが分かった。また、TMAP7コードにより、実験炉ITERで核融合炉壁材料にTFGRタングステンを使用した場合のトリチウム蓄積量を評価するシミュレーションも行った。その結果、純タングステンよりもトリチウム蓄積量は多いものの、安全制限値には及ばないことが分かった。
また、中性子照射影響を調べる実験も行った。本研究では、中性子照射を模擬するために、鉄イオン照射を行った。鉄イオン照射によりタングステン材料中の水素同位体吸蔵量は増加することが示され、材料内部の微視的欠陥の増加が影響していると考えられる。また、その吸蔵量の増加はTFGRタングステンの方が純タングステンよりも少ないことが示されたが、それはTFGRタングステンの微結晶性が微視的欠陥の形成を抑制しているからだと考えられる。このことから、TFGRタングステンを核融合炉壁材料として使用した場合、中性子照射によるトリチウム蓄積量の増大は大きな問題にならない可能性がある。
材料開発まで至らなかったが、本研究の成果から、中性子照射によるトリチウム吸蔵量の増加を抑えたタングステン材料として、TFGRタングステンは非常に優位な材料であることを示すことができた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2017 2016 2015 2014 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of periodic deuterium ion irradiation on deuterium retention and blistering in Tungsten2017

    • Author(s)
      M. Oya, H.T. Lee, A. Hara, K. Ibano, M. Oyaidzu, T. Hayashi, Y. Ueda
    • Journal Title

      Nuclear Materials and Energy

      Volume: 印刷中 Pages: 674-677

    • DOI

      10.1016/j.nme.2017.03.022

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Erosion and morphology changes of F82H steel under simultaneous hydrogen and helium irradiation2017

    • Author(s)
      K. Yakushiji, H.T. Lee, M. Oya, M. Tokitani, A. Sagara, Y. Hamaji, K. Uenishi, K. Ibano, Y. Ueda
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: - Pages: 356-359

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2017.03.045

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of helium on deuterium retention in reduced activation ferritic martensitic steel (F82H) under simultaneous deuterium and helium irradiation2016

    • Author(s)
      K. Yakushiji, H.T. Lee, M. Oya, Y. Hamaji, K. Ibano, and Y. Ueda
    • Journal Title

      Physica Scripta

      Volume: T167 Pages: 014067-014067

    • DOI

      10.1088/0031-8949/t167/1/014067

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Surface morphology changes and deuterium retention in Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten under high-flux irradiation conditions2015

    • Author(s)
      M.Oya, H.T.Lee, Y.Ueda, H.Kurishita, M.Oyaidzu, T.Hayashi, N.Yoshida, T.W.Morgan, G.De.Temmerman
    • Journal Title

      Journal of Nuclear Materials

      Volume: 印刷中 Pages: 1037-1040

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2014.11.124

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Deuterium retention and melting behavior in Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten2016

    • Author(s)
      M. Oya, H.T. Lee, K. Ibano, H. Kurishita, M. Oyaidzu, T. Hayashi, T.W. Morgan, G. De Temmerman, J.W. Coenen, A. Kreter, Y. Ueda
    • Organizer
      26th IAEA Fusion Energy Conference
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto
    • Year and Date
      2016-10-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 照射回数の変化がタングステン中の水素同位体挙動に与える影響2016

    • Author(s)
      大宅諒, Lee Heun Tae, 伊庭野健造, 上田良夫, 小栁津誠, 林巧
    • Organizer
      第11回核融合エネルギー連合講演会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス椎木講堂
    • Year and Date
      2016-07-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of irradiation cycle number on Deuterium retention and blistering in Tungsten2016

    • Author(s)
      M. Oya, H.T. Lee, A. Hara, K. Ibano, M. Oyaidzu, T. Hayashi, Y. Ueda
    • Organizer
      21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
    • Place of Presentation
      Pontificia Universita Urbaniana, Rome, Italy
    • Year and Date
      2016-05-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微量含有元素がTFGRタングステン中の表面形態変化及び水素同位体挙動に与える影響2015

    • Author(s)
      大宅諒, H.T. Lee, 伊庭野健造, 上田良夫, 栗下裕明, 宮本光貴, 西島大輔, R.P. Doerner
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2015-11-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 重水素照射および重水素・ヘリウム同時照射時における低放射化フェライト鋼F82Hの表面形態の変化とスパッタリング率, 水素同位体吸蔵に関する研究2015

    • Author(s)
      薬師寺高輝, 大宅諒, H.T. Lee, 伊庭野健造, 上田良夫
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2015-11-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素同位体イオン・ヘリウム同時照射された低放射化フェライト鋼(F82H)の表面形態の変化2015

    • Author(s)
      大宅諒, 薬師寺高輝, 伊庭野健造, 上田良夫, 時谷政行, 相良明男, H.T. Lee
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] イオン損傷タングステン中における水素同位体挙動2015

    • Author(s)
      上畑和樹, 上田良夫, Lee Heun Tae, 伊庭野健造, 大宅諒, 山根貴大, 原綾音
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 高熱負荷によって溶融したタングステンの表面特性2015

    • Author(s)
      浜地志憲, 時谷政行, 坂本隆一, 大宅諒, Lee Heun Tae, 上田良夫, 相良明男
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2015-11-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Helium Pre-implantation Effect on Deuterium Retention in ion-damaged Tungsten2015

    • Author(s)
      M. Oya, C.N. Taylor, M. Shimada, Y. Hamaji, Y. Nobuta, Y. Yamauchi, Y. Oya, Y. Hatano, Y. Ueda
    • Organizer
      17th International Conference on Fusion Reactor Materials
    • Place of Presentation
      Eurogress (ドイツ・アーヘン)
    • Year and Date
      2015-10-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of Helium Retention in Reduced Activation Ferriticmartensitic Steel (F82H) under Simultaneous Deuterium and Helium Irradiation2015

    • Author(s)
      K. Yakushiji, H.T. Lee, M. Oya, Y. Hamaji, K. Ibano, Y. Ueda
    • Organizer
      15th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • Place of Presentation
      Centre de Congres (フランス・エクサンプロヴァンス)
    • Year and Date
      2015-05-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fluence and Temperature Dependence of Helium Retention in Graphite Materials2015

    • Author(s)
      M. Oya, H.T. Lee, K. Ibano, Y. Ueda, G. Motojima, M. Tokitani, S. Masuzaki
    • Organizer
      5th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • Place of Presentation
      Centre de Congres (フランス・エクサンプロヴァンス)
    • Year and Date
      2015-05-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] TEXTORプラズマ曝露させたTFGRタングステンの溶融・凝固層の解析2014

    • Author(s)
      大宅諒, 伊庭野健造, Lee Heun Tae, 上田良夫, 栗下裕明, Jan Willem Coenen, Arkadi Kreter
    • Organizer
      Plasma Conference 2014
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県)
    • Year and Date
      2014-11-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis on Solidified Surface of Melted Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten Exposed to TEXTOR Edge Plasma2014

    • Author(s)
      M. Oya, Y. Ueda, H. Kurishita, J.W. Coenen, A. Kreter
    • Organizer
      21st Topical Meeting on the Technology of Fusin Energy
    • Place of Presentation
      Disneyland Hotel (Anaheim, USA)
    • Year and Date
      2014-11-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] TEXTORプラズマ曝露で損耗・溶融させたTFGRタングステンの表面解析2014

    • Author(s)
      大宅諒, Lee Heun Tae, 上田良夫, 栗下裕明
    • Organizer
      第10回核融合エネルギー連合講演会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県)
    • Year and Date
      2014-06-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Surface morphology changes and deuterium retention in toughened, fine-grained recrystallized tungsten under high-flux irradiation conditions2014

    • Author(s)
      M.Oya, H.T.Lee, Y.Ueda, H.Kurishita, M.Oyaidzu, T.Hayashi, T.W.Morgan, G.De.Temmerman
    • Organizer
      21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県)
    • Year and Date
      2014-05-29
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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