3MeVビームの多重照射に耐えられる高靭性タングステン材料の開発
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21H01069
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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 | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
平野 耕一郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (30446463)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江里 幸一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 ITERプロジェクト部, グループリーダー (30354624)
徳永 和俊 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40227583)
福田 誠 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 ITERプロジェクト部, 主任研究員 (70757666)
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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 |
¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | タングステン / ビーム照射試験 / ビームターゲット / ダイバータ / ビーム照射 |
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| Outline of Research at the Start |
国際熱核融合実験炉（ITER）のダイバータには、タングステンが使用される。負水素イオンビームエネルギー3 MeVの加速器を使用したタングステンの照射試験における温度変化は、ITERのELM崩壊と回復が繰り返されることによって生じる温度変化に似ている。そこで、大電流密度ビームの多重照射試験により、ITER用タングステンの熱疲労や水素脆化による影響を明らかにして、破壊現象を評価する。さらに、負水素イオンビームを照射しても割れない粘りのある高靭性タングステン材料を開発し、加速器のビームターゲットに利用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、表面温度の加熱（1800℃）と冷却（約100℃）の温度変化を5 Hz周期で繰り返し与えるビーム（水素負イオン）照射試験を実施したイーターグレードタングステン試料、カリウムをドープさせた試料及び再結晶させた試料などについて、デジタルマイクロスコープ及び走査型電子顕微鏡(SEM)による試料表面の観察を行い、ビーム照射によるタングステンの表面性状の変化を分析した。また、断面観察のために切断加工を行い、SEM及び電子後方散乱回折装置(EBSD)等を用いた表面形状・内部組織の観察を行うとともに、応力解析を行った。表面の亀裂は結晶粒界に沿って網目状に発生し、断面では亀裂が結晶粒界に沿って進展していることが分かった。加熱過程で圧縮応力が発生し、冷却過程で引張応力に転じ、引張応力が降伏応力を超えることによって亀裂が発生することを明らかにした。再結晶材は粒界脆化が起こるため、亀裂の幅がより広く形成された。カリウムをドープさせた試料は表面改質が最も少なかったが、再結晶化したカリウムをドープさせた試料は亀裂の伝播幅が最も広く、表面の粗面化も最も進行することが分かった。
さらに、高靭性タングステン材料の開発に関しては、多角バレルスパッタリング装置を用いてタングステンナノ粉末にTiCをスパッタコートした。SEM測定で粉末の状態を観察し、TEM測定でナノ粉末表面全体にTiCが存在していることを確認した。しかし、タングステンナノ粉末が酸化されていることが分かった。TiCをスパッタコートしたナノ粉末について、放電プラズマ焼結装置を用いて真空中で焼結を行ったが、焼結体の密度を90％以上増加させることができなかった。酸化させない工程の見直しとともに、緻密化を行う工夫が必要である。
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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
(6 results)
