| Project/Area Number |
21K13900
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Nagaoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
内田 雄大 長岡工業高等専門学校, 電気電子システム工学科, 助教 (70896810)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 核融合発電 / ヘリウム照射 / プラズマ対向壁 / 電子顕微鏡 / ブリスター / タングステン |
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| Outline of Research at the Start |
エネルギー問題の解決・脱炭素社会の実現のため、核融合発電が注目されている。核融合装置の炉壁材料はさまざま放射線の入射により損傷する。本研究では、ブリスターと呼ばれる水ぶくれ状の表面剥離に着目し、その生成メカニズムについて調査する。加速器によりヘリウムイオンを材料へ照射し、ブリスターを生成する。照射後の試料について、顕微鏡や硬さ計によりブリスターの直径や亀裂の深さ、照射による硬さの変化を測定する。また計算により、材料内部を損傷させる過程を調べる。本研究成果は、将来の核融合炉壁材料の選定や炉壁の厚みなどの設計指針を推定するための重要な知見を提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，単結晶および薄膜のタングステン試料を用いて高エネルギーのヘリウムイ オン照射によるプラズマ対向材のブリスター生成機構を解明することである．特に，(1) 試料内部のヘリウムバブル，ブリスターの深さ分布，(2)ヘリウムのエネルギー付与による試料内部の温度分布，(3)はじき出し損傷による降伏応力の深さ分布を測定し，ブリスターの深さが見積もられたイオンの侵入長と異なる理由を明らかにする．
本年度は，タングステン試料の割断方法について検討した．
これまで，試料の深さ方向の観察するため，FIBを用いて断面出しを行っていた．しかし，FIBによりスパッタできる範囲が10μm程度と狭く，100μmオーダーの直径をもつブリスターの全体像を観察できなかった．そこで，ヘリウムイオン照射後に生成されるブリスターやヘリウムバブルを広範囲で観察することを狙って，タングステン試料を劈開/粒界に沿って割断する方法を確立した．ディスクカッターにより試料に切り込みをいれ，開口モード（モードI）で引張ることで劈開/粒界に沿って開口した断面の作成に成功した．割断直後の試料断面は，亀裂や残留応力があるため，研磨，熱処理を行うことでヘリウムバブルが観察可能な断面を作成可能と考えられる．また，単結晶試料は高価であるため，試料を複数個に分割してヘリウムイオンを照射する方が，単一の試料を用いるより経済的である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
試料内部のヘリウムバブル，ブリスターをSEMにより広範囲で観察するため，試料の割断方法を確立した．しかし，割断，研磨，熱処理といった前処理の工程が増えたため一長一短である．また，前年度に引き続き単結晶タングステンに関するヘリウムイオン照射には至っていない．引き続き，ヘリウムイオン照射によるブリスター特徴を測定，観察する．
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| Strategy for Future Research Activity |
単結晶タングステンにヘリウムイオンビームを照射し，侵入長とブリスターの亀裂の位置との関係を明らかにする．この際に，チャネリングや結晶方位による侵入長の変化に着目し，拡散解析コードへ入力するヘリウム濃度分布について検討する．その後，多結晶と単結晶タングステンでのブリスターの特徴を比較しつつ，生成機構を明らかにする．
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