核融合プラズマ閉じ込め装置における堆積ダストの分析と水素同位体吸蔵の評価

• Project Area: Tritium Science and Technology for Fusion Reactor
• Project/Area Number: 22017008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 朝倉 伸幸 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究主幹 (10222572)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2011: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2010: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: 微小粒子・ダスト / プラズマ・核融合 / プラズマ材料相互作用 / トリチウム蓄積 / ダイバータ / 重水素量と脱ガス特性測定 / JT-60Uトカマク / 重量密度分布 / 顕微鏡の画像解析

Research Abstract

核融合装置の真空容器内に堆積するダスト粒子の特性と水素同位体の蓄積量を評価するため、JT-60Uトカマクで収集されたダスト試料について、容器内でのポロイダルおよびトロイダル方向の分布状況、粒子形状の分析、蓄積した水素同位体の測定を中心に分析を進めた。
1.昨年度はダスト粒子のポロイダル分布を評価し、内側ダイバータ板の表面で数10倍多いこと、プラズマから隠れた領域(排気経路とタイル背後)に堆積したダストの重量は、プラズマ対向面で収集された総重量の数100倍に達することを明らかにした。本年度は異なるトロイダル位置で収集したダストの分析を進め、ダイバータおよび第一壁のトロイダル非対称性はそれぞれ最大3倍程度であることが明らかとなった。ダスト重量の面積あたりの密度は、W型ダイバータ開始6年後(2003年)の結果と比較して、3-10倍(ダストの総重量としては5-8倍)と増加しており、非対称性よりもトカマクの長時間放電を開始したため増加したことが要因と考えられる。
2.ダイバータに堆積したmg程度の少量のダスト中に蓄積した水素同位体量の測定方法を検討した。TDS分析の分析結果では、比較的高温(>500℃)での離脱が大きく、水素同位体の蓄積量は1.5x10^<21>(H2+HD+D2)/g程度、炭素原子あたりの水素同位体量(D+H)/Cは15%程度となる。JT-60Uは高温(150-300℃)での運転のため他の装置より共堆積量は少ないが、本研究により、ダスト中の水素割合は、炭素タイル表面に生成した再堆積層での値(10%以下)よりも大きいことが明らかとなった。
当該年度において、実験装置に堆積したダストの定量的な評価が完了し、ダストの形状特性などの分析が行われ物理過程の検討も進展した。今後、水素同位体の蓄積を評価するため有効表面積や水素同位体蓄積の深さ分析の研究などへ発展が必要である。

Research Products

• [Journal Article] Measurements of Carbon Dust Property in Experiment and Post-Campaign Sampling on JT-60U Tokamak (2011)
  • Author(s): Nobuyuki Asakura, et.al.
  • Journal Title: Fusion Science and Technology Special issue Volume: VOL60 Pages: 1572-1575
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of Dust Quantity and Distribution Collected from JT-60U (2011)
  • Author(s): Takao Hayashi, et.al.
  • Journal Title: Fusion Science and Technology Special issue Volume: VOL60 Pages: 1548-1551
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulation of Dynamics of Carbon Dust Particles in JT-60U Tokamak (2011)
  • Author(s): Yasunori Tanaka, et.al.
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: VOL415 Issue: 1 Pages: S1106-S1110
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.237
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 核融合プラズマ実験装置中での微粒子の生成と挙動の観測 (2011)
  • Author(s): 大野哲靖, 朝倉伸幸
  • Journal Title: Journal of Plasma Fusion Research Volume: VOL87 Pages: 153-159
• [Journal Article] 核融合プラズマ実験装置中での微粒子の生成と挙動の観測 (2011)
  • Author(s): 大野哲靖、朝倉伸幸
  • Journal Title: Journal of Plasma and Fusion Research Volume: 87 Pages: 153-159
• [Presentation] Spatial and size distributions of carbon dust in JT-60U tokamak vacuum vessel (2011)
  • Author(s): Nobuyuki Asakura, et.al.
  • Organizer: 12^<th> Workshop on Fine Particle Plasmas
  • Place of Presentation: NIFS(土岐市)
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] Surface analysis techniques of dust particles in fusion devices (2011)
  • Author(s): Naoko Ashikawa, et.al.
  • Organizer: 12^<th> Workshop on Fine Particle Plasmas
  • Place of Presentation: NIFS(土岐市)
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] 核融合プラズマ装置で発生したダストに対する表面分析評価およびその場計測法について (2011)
  • Author(s): 芦川直子
  • Organizer: 第28回プラズマ・核融合学会
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂(金沢市)(シンポジウム招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] Characterization of mixed material dusts in JT-60U (2011)
  • Author(s): Naoko Ashikawa, et.al.
  • Organizer: 13th Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications Workshop/1st Fusion Energy Materials Science Conference
  • Place of Presentation: Rosenheim,ドイツ
  • Year and Date: 2011-05-11
• [Presentation] Dust Transport Study in JT-60U Experiment and Investigation of the Dust Property by Post-campaign Sampling (2010)
  • Author(s): Nobuyuki Asakura, et al.
  • Organizer: 11th Workshop on Fine Particle Plasmas
  • Place of Presentation: Toki, Japan(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-19
• [Presentation] Hydrogen isotope retention on dust particles in LHD and JT-60U (2010)
  • Author(s): Naoko Ashikawa, et al.
  • Organizer: 11th Workshop on Fine Particle Plasmas
  • Place of Presentation: Toki, Japan
  • Year and Date: 2010-12-19
• [Presentation] JT-60U対向壁で収集した炭素ダスト粒子の分析と堆積分布 (2010)
  • Author(s): 朝倉伸幸, 他
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 第27回年会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2010-12-03
• [Presentation] Measurements of the dust property in experiment and post-campaign sampling on JT-60U Tokamak (2010)
  • Author(s): Nobuyuki Asakura, et al.
  • Organizer: 9th International Conference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: Nara, Japan
  • Year and Date: 2010-10-28
• [Presentation] Measurement of Dust Quantity and Distribution Collected from JT-60U (2010)
  • Author(s): Takao Hayashi, et al.
  • Organizer: 9th International Conference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: Nara, Japan
  • Year and Date: 2010-10-28
• [Presentation] Hydrogen isotope retention on dust particles in fusion devices (2010)
  • Author(s): Naoko Ashikawa, et al.
  • Organizer: 9th International Conference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: Nara, Japan
  • Year and Date: 2010-10-28
• [Presentation] Dust collection and analysis results in JT-60U and LHD (2010)
  • Author(s): Nobuyuki Asakura, et al.
  • Organizer: 14th ITPA "SOL and divertor physics" Topical Group meeting
  • Place of Presentation: Soul, Korea
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] Experimental and Simulation Studies of Dust Transport in JT-60U Tokamak (2010)
  • Author(s): Nobuyuki Asakura, et al.
  • Organizer: 23rd IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 2010-10-13
• [Presentation] Simulation of Dynamics of Carbon Dust Particles in JT-60U Tokamak (2010)
  • Author(s): Yasunori Tanaka, et al.
  • Organizer: 19th Int.Conf.Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2010-05-25