高密度プラズマ照射したタングステンの表面変質とガス吸蔵特性の高精度評価
| Project/Area Number |
22KK0038
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
宮本 光貴 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (80379693)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大宅 諒 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (10804750)
浜地 志憲 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (60761070)
治田 充貴 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00711574)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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| Keywords | 核融合プラズマ対向材料 / 水素 / ヘリウム / 微細組織 / ガス保持特性 |
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| Outline of Research at the Start |
燃焼プラズマを定常的に取り扱う核融合炉において，プラズマ対向材料の表面特性を実時間で正確に把握しておくこと，さらに材料中に滞留する水素同位体およびヘリウムの挙動を本質的に理解しておくことが極めて重要である．
本研究は，これまでの照射後試料の間接的な評価とは異なり，材料のガス捕捉特性に影響の大きい表面特性変化を，プラズマ照射下その場計測により動的に把握するといった特色を有する．さらに，プラズマ照射後の試料分析においては，我が国の世界最高水準の分析機器を相補的に用いるてぴらずま対向材料中の水素同位体・ヘリウムの捕獲状態，存在位置を高精度に明らかにしようとするものである．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，米国カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の直線型プラズマ発生装置PISCESを用いて，核融合炉環境を模擬して高密度プラズマ照射した材料の表面特性変化のその場計測を実現し，さらに我が国の世界最高水準の分析機器を用いて，材料中の水素同位体・ヘリウム挙動を高精度に評価することを目的としている．
令和4年度の10月に本研究課題が採択された直後に，米国の研究者等を交えて，オンラインによるキックオフミーティングを実施し，それぞれの研究設備の状況や実験計画等について意見交換を行った．
当初計画では，令和4年度中に新たにオージェ電子分光装置を日本国内に導入し，令和5年度に島根大学に既設の分光エリプソメトリーとあわせてUCSDへ搬送することを予定していたが，予算配分額の減額や，分析機器価格の高騰があり，計画を大幅に見直した．新たな計画では，他の経費との合算により，その場測定により適したin-situ用高速分光エリプソメーターを新たに導入することとし，米国側の研究者と打合せを重ね，機器を選定し，令和5年度中にUCSDに納品することとした．
また，日本国内の分析装置を用いた基礎的なデータの収集にも着手しており，主にヘリウム照射したタングステンにおける重水素保持挙動を，高分解能質量分析計を導入したイオン照射装置直結型の透過型電子顕微鏡（島根大学）とモノクロメータ搭載低加速原子分解能分析電子顕微鏡（京都大学）を相補的に用いて詳細に調べ，保持された重水素の大部分がヘリウムバブル中に存在し，ヘリウムバブルが水素同位体保持量を著しく増加させ，顕著な捕捉サイトとして機能していることを定量的に示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上述の様に大幅な計画の変更を行ったが，新たなに導入予定の分析機器の選定は既に終了し，令和5年度中に米国UCSDに納品できる見込みである．
日本国内の分析装置を用いた基礎的なデータの収集にも着手しており，既に成果が上がっており，令和5年度に2件の国際会議での報告を予定している．
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| Strategy for Future Research Activity |
UCSDにおいては，主に日本国内の若手研究分担者が米国に渡航し，米国の共同研究者とともに既存のPISCES装置による高密度プラズマ照射実験を行う．さらにin-situ用高速分光エリプソメーターを令和5年度中に新たに導入し，PISCES装置への据付を行い，プラズマ照射下での材料の表面変質をその場計測できるように構築する予定である．
さらに，日本国内の分析装置を用いた基礎的なデータの収集を引き続き実施するとともに，令和5年度はPISCESプラズマ照射後の試料を本国に持ち帰り，国内分析装置によるこれらの試料の表面特性変化の理解を進める．
また，研究期間の後半では，PISCESにおいて高密度プラズマと重イオンビームの同時照射実験にも取り組む．さらに，核融合炉下でプラズマ対向材料表面に形成する不純物堆積層の影響を調べるために，RFプラズマスパッタ装置（九州大学）を用いてタングステン堆積層を作成し，堆積層の高密度プラズマ照射実験をあわせて行う．
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
