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New Effects of Plasma Heat and Particle Loads on Plasma-Facing Wall

Research Project

Project/Area Number 17K06996
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Nuclear fusion studies
Research InstitutionAichi Institute of Technology

Principal Investigator

Takamura Shuichi  愛知工業大学, 総合技術研究所, 教授 (40023254)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上杉 喜彦  金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (90213339)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsプラズマ・核融合 / タングステン材料 / 皺構造 / 放射冷却 / 窒化タングステン / ファズ / ナノ繊維構造の複雑性 / ダイバータ / タングステン / 表面拡散 / アルファ・タングステン / 結晶面方位分布 / 窒化 / ピン留め効果 / 重水素 / ウイスカー / 表面皺構造 / プラズマ運動量流入
Outline of Final Research Achievements

Important new effects of stationary or pulsed plasma heat and particle loads on plasma-facing wall, especially tungsten materials, in magnetically confined fusion plasmas were studied in a linear plasma device for a variety of radiative impurity species, such as neon (Ne) and nitrogen (N2), and moreover helium (He) as a fusion product. A high-temperature tungsten surface irradiated by Ne was found to make a microwrinkle due to buckling process. In the case of N2, tungsten nitride nanostructures on tungsten surfaces were found, depending on the surface temperature, while ND radical as a precursor of deuterated ammonia formation was found in the plasma. Ammonia would be considered to make a worry on vacuum pumping. Concerning He effect, the origin of fuzz-fibers complexity were discussed in terms of crystal grain-surface distribution measured with a capillary X-ray diffraction for fuzz powder.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球環境に適応したエネルギー源の候補の一つとしての核融合炉実現には多くの課題があるが、本研究は健全な炉実現に必要な炉壁への熱・粒子負荷にかかわる問題を、放射冷却に必要な注入ガス(ネオンと窒素)と反応生成物(ヘリウム)に注目して行った。皺構造形成、窒化物生成や繊維状ナノ構造の複雑性などに関して学術の向上に、また核融合研究開発に貢献した。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 7 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Crystallinity and grain distribution of fiber-formed nanostructure on tungsten surface with helium plasma exposure2020

    • Author(s)
      S. Takamura, H. Iwata, T. Aota, Y. Uesugi, S. Maenaka, K. Fujita, M. Sakao, M. Yamashita
    • Journal Title

      Materialia

      Volume: 9 Pages: 100564-100564

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2019.100564

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  • [Journal Article] Observation of Mechanical Oscillation induced by Pulsed Plasma-Momentum injection to Tungsten Foil in AIT-PID for Fusion Studies2020

    • Author(s)
      S. Takamura, T. Kuwabara and Y. Uesugi
    • Journal Title

      愛知工業大学研究報告

      Volume: 55

    • NAID

      120006844002

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  • [Journal Article] Porous tungsten nanostructure formation using a helium arc discharge plasma under sub-atmospheric pressure2019

    • Author(s)
      Yusuke Kikuchi, Takaya Okumura, Kazumasa Kadowaki, Tatsuya Aota, Shiro Maenaka, Kazunari Fujita and Shuichi Takamura
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 52

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  • [Journal Article] Black silicon with nanostructured surface formed by low energy helium plasma irradiation2019

    • Author(s)
      S. Takamura, T. Aota, H. Iwata, S. Maenaka, K. Fujita, Y. Kikuchi, Y. Uesugi
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 487 Pages: 755-765

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2019.05.034

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  • [Journal Article] Effects of nitrogen-seeded deuterium plasma on tungsten surfaces2019

    • Author(s)
      Takamura S.、Aota T.、Uesugi Y.、Kikuchi Y.、Maenaka S.、Fujita K.
    • Journal Title

      Nuclear Fusion

      Volume: 59 Issue: 4 Pages: 046015-046015

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab0142

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  • [Journal Article] ヘリウム・プラズマ照射によってタングステン表面に形成される繊維状ナノ構造の結晶性2019

    • Author(s)
      高村秀一、岩田博之、青田達也、上杉喜彦、前中志郎、藤田和宣
    • Journal Title

      愛知工業大学研究報告

      Volume: 54

    • NAID

      120006607323

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  • [Journal Article] 「はじめに」:小特集「ヘリウムプラズマで誘起される金属表面の繊維状ナノ構造」2018

    • Author(s)
      高村 秀一
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      プラズマ・核融合学会誌

      Volume: 94 Pages: 294-295

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  • [Journal Article] 「繊維状ナノ構造形成過程に関する実験からの知見」:小特集「ヘリウムプラズマで誘起される金属表面の繊維状ナノ構造」2018

    • Author(s)
      高村 秀一
    • Journal Title

      プラズマ・核融合学会誌

      Volume: 94 Pages: 300-305

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  • [Journal Article] ヘリウムプラズマ照射によって得られた黒色シリコンの表面ナノ構造形成と光学特性2018

    • Author(s)
      髙村秀一、青田達也、岩田博之、前中志郎、藤田和宜、玉城陽平、菊池祐介、上杉喜彦
    • Journal Title

      愛知工業大学研究報告

      Volume: 53

    • NAID

      120006461863

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      髙村秀一
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      愛知工業大学研究報告

      Volume: 53

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  • [Journal Article] Microwrinkle structures on refractory metal surfaces irradiated with noble gas plasma species2017

    • Author(s)
      S. Takamura, Y. Uesugi, A.M. Ito, M. Yajima, K. Yamada, S. Maenaka and K. Fujita
    • Journal Title

      Nuclear Fusion

      Volume: 57 Issue: 8 Pages: 086043-086043

    • DOI

      10.1088/1741-4326/aa75ee

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  • [Journal Article] 小特集「重層構造プラズマの形成がもたらすベーパーシールディング効果」、2.核融合PWI分野における重層構造プラズマ実験研究2017

    • Author(s)
      菊池祐介、髙村秀一
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      プラズマ・核融合学会誌

      Volume: 93 Pages: 354-359

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  • [Journal Article] A Particle-In-Cell approach to particle flux shaping with a surface mask2017

    • Author(s)
      G. Kawamura, N. Ohno, S. Takamura and Y. Tomita
    • Journal Title

      Nuclear Materials and Energy

      Volume: 印刷中 Pages: 297-301

    • DOI

      10.1016/j.nme.2016.12.017

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thermal radiative characteristics of nanostructured tungsten at high temperature2017

    • Author(s)
      S. Takamura, Y. Uesugi. Y. Kikuchi, M. Nagata. K. Yamada, T. Kobayashi, S. Maenaka, K. Fujita and H. Kurishita
    • Journal Title

      Surfaces and Interfaces

      Volume: 9 Pages: 44-50

    • DOI

      10.1016/j.surfin.2017.07.005

    • NAID

      120006304374

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  • [Presentation] 準大気圧直流ヘリウムアーク放電プラズマ生成と特性評価(II)2020

    • Author(s)
      (3)門脇和正、菊池祐介、青田達也、前中志郎、藤田和宜、髙村秀一
    • Organizer
      令和2年電気学会全国大会
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  • [Presentation] Formation of nanostructured tungsten using a helium arc discharge plasma under sub-atmospheric pressure2019

    • Author(s)
      Y. Kikuchi, T. Okumura, K. Kadowaki, T. Aota, S. Maenaka, K. Fujita, S. Takamura
    • Organizer
      34th ICPIG (International Conference on Phenomena in Ionized Gases) & ICRP-10 (10th Int. Conf. on Reactive Plasmas
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  • [Presentation] 準大気圧直流ヘリウムアーク放電プラズマ生成と特性評価2019

    • Author(s)
      (1)門脇和正、菊池祐介、青田達也、前中志郎、藤田和宣、髙村秀一
    • Organizer
      電気学会A部門(基礎・材料・共通)大会
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  • [Presentation] 準大気圧ヘリウムアークプラズマ照射によるタングステン表面ナノ構造形成2019

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      (2)菊池祐介、門脇和正、青田達也、前中志郎、藤田和宣、髙村秀一
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      2019年プラズマ・核融合学会年会
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  • [Presentation] ITPAへの我が国からの貢献向上に向けて2019

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      高村秀一
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      スクレープオフ層とダイバータ物理サブクラスター(平成30年度第一回)とダイバータサブクラスター(平成30年度第一回)の合同会合
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      高村秀一、青田達也、菊池祐介、上杉喜彦、前中志郎、栗下裕明、藤田和宣、永田正義、
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      核融合炉開発に向けたPWIマルチスケールモデリングに関する研究会
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  • [Presentation] 準大気圧ヘリウムプラズマ照射による繊維状ナノ構造形成2019

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      菊池祐介、奥村卓也、門脇和正、青田達也、前中志郎、藤田和宣、高村秀一
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      核融合炉開発に向けたPWIマルチスケールモデリングに関する研究会
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  • [Presentation] ナノ構造表面を持つタングステンの高温での熱放射特性の向上2018

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      高村秀一、青田達也、菊池祐介、永田正義、上杉喜彦、前中志郎、藤田和宣、栗下裕明
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      平成30年電気学会基礎・材料・共通部門大会
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      平成30年電気学会基礎・材料・共通部門大会
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      奥村卓也、菊池祐介、青田達也、前中志郎、藤田和宣、高村秀一
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      プラズマ・核融合学会 第35回年会
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      髙村秀一
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      奥村卓也、菊池祐介、青田達也、前中志郎、藤田和宜、髙村秀一
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      髙村秀一
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      奥村卓也、菊池祐介、青田達也、前中志郎、藤田和宜、髙村秀一
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      平成29年度電気学会A部門大会
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      S. Takamura and Y. Uesugi
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      6th International Workshop on Plasma Material Interaction Facilities for Fusion Research (PMIF2017)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヘリウム照射ブラックシリコンの興味深い表面ナノ構造形成とその光学的・電子的特性2017

    • Author(s)
      髙村秀一、青田達也、岩田博之、前中志郎、藤田和宜、玉城陽平、菊池祐介、上杉喜彦
    • Organizer
      Plasma Conference 2017
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URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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