粒子線照射したタングステンの水素添加による機械的特性変化の評価とメカニズム解明
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21H01068
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
佐藤 紘一 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (30378971)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笠田 竜太 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20335227)
畠山 賢彦 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 准教授 (30375109)
徐 ぎゅう 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (90273531)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
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| Keywords | 水素 / タングステン / 機械的特性 / 微小試験 / 粒子線照射 |
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| Outline of Research at the Start |
核融合炉は、水素同位体のプラズマ状態（物質を例えば1億度以上の高温に維持すると得られる）を磁場で閉じ込めることで起きる核融合反応において発生するエネルギーを発電に利用する。その中にダイバータというプラズマ中の不純物の除去や熱負荷・粒子負荷の除去を行う部分がある。ダイバータにはタングステンという材料が用いられる。核融合炉の運転中、ダイバータ内には水素が発生・侵入する。一般に材料中に水素が存在すると水素脆化という劣化現象が起こる。タングステンの水素による強度特性の変化を調べ、タングステンダイバータが核融合炉運転中に水素によって劣化してもその形状を維持できることを示すことが本研究の目的である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水素添加によるタングステンの機械的特性変化のメカニズム解明を試みるとともに、原型炉ダイバータの設計に資するデータの取得を目指すことを目的とする。そのため、以下４点について調査する。
(1) 電子線照射したタングステンの機械的特性が固溶水素濃度（照射欠陥が捕獲する水素数の変化）に応じて変化することを示し、そのメカニズムを明らかにすること
(2) 様々な条件でイオン照射と水素チャージを実施し、温度に勾配があるダイバータ内部の環境を幅広く模擬して、機械的特性変化を得ること
(3) 表面硬さだけでなく様々な試験法（引張試験と圧縮試験）を用い、試験法によらず機械的特性変化の傾向が普遍的なものであることを示すこと
(4) ダイバータの中で強度特性が水素によって最も変化する部分を特定すること
(1)については、単結晶タングステンに対して電子線照射を行い、熱処理と水素チャージを実施したところ水素チャージによって硬くなる傾向が得られた。本研究で形成した原子空孔集合体の大きさでは、明確にサイズに対する水素捕獲による硬化量の違いはみられなかった。(2)については、573K、773K、1023K、1273KでFeイオン照射した材料のナノインデンテーションを実施した。573Kでの照射材についてのみ、水素チャージ後にナノインデンテーションから得たバルク相当硬さが高くなった。以上の結果から、比較的小さな原子空孔集合体が水素を捕獲することによって硬化すると考えられる。(3)についてはFeイオン照射材に対して微小引張試験を適用したが、水素による特性変化を得ることができなかった。マイクロピラー圧縮試験に適した照射場を確保することができず、実験を行えていない。(4)については、水素によって最も特性が変化するのはダイバータの冷却配管近傍であると考えられる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
