表面原子層-遷移金属複合系における水素の特異挙動を利用する核融合粒子制御

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07458111
• Research Institution: the University of Tokyo
• Principal Investigator: 山脇 道夫 東京大学, 工学部, 教授 (30011076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野 双葉 東京大学, 工学部, 助手 (00011198) ; 山口 憲司 東京大学, 工学部, 助教授 (50210357)
• Keywords: プラズマ-材料相互作用 / 表面原子層 / ニオブ / モリブデン / チタン合金 / 超透過 / 核融合粒子制御 / 核融合炉燃料サイクル

Research Abstract

初年度(平成7年度)に構築した実験体系を用いて、引続き、超透過の機構解明に資するデータの取得に務め、また、表面組成制御による超透過の制御の可能性に関する検討を行った。その過程で、前年度取り上げたモリブデン(Mo)に加え、Ti合金(Ti-6Al-4V)合金についても、重水素の透過ならびに反射に関する知見が得られた。
Ti-6Al-4V合金は低放射化材料として期待されるが、ベースとなるTiは遷移金属であるため、その水素との相互作用に着目した。実験では、照射後昇温脱離法により、入射エネルギー150-1500eV/Dの範囲での粒子反射係数(R_N)を評価するとともに、873Kにおける入射イオンフラックスに対する重水素透過速度の割合を求め、【planck's constant】.2という結果を得た。これは、ほぼ同一の条件で行ったNbの結果とほぼ一致していた。また、表面分析の結果、試料の表面には、イオウ(S)や炭素(C)により被覆されていることが分かった。これらの存在はR_Nを減少させると考えられるが、実験による検証が今後の課題として残った。
さらに、表面不純物組成が制御された条件下で、重水素イオン注入に伴うMoからの重水素の透過ならびに反射実験を行い、同様の条件下で得られたNbの結果と比較した。その結果、定常重水素透過の温度依存性より、MoとNbでは、透過の律速段階が異なることが明らかとなった。また、昇温脱離法を用いて得られた粒子反射係数は、Mo、Nbとも概ね理論的評価の結果と近い値が得られたが、前者では過小評価、後者では過大評価となった。なお、Nbでは再放出が反射に比べて非常に長い時間スケールで推移するため、四重極質量分析計による測定でも反射係数の評価が可能であることが分かった。

Research Products

• [Publications] K.Yamaguchi: "Physical and chemical aspects of hydrogen transport in fusion reactor materials" Journal of Graduate School and Faculty of Engineering,the University of Tokyo(B). 43(3). 251-281 (1996)
• [Publications] V.Bandourko: "Simultaneous measurements of the reflection,reemission and permeation of particles during low ion energy bombardment of niobium" Nuclear Instruments and Methods B. 115. 452-455 (1996)
• [Publications] V.Bandourko: "Ion-induced effects on ion-driven deuterium permeation through niobium membrane" Vacuum. 47(6). 947-950 (1996)
• [Publications] V.Bandourko: "Deuterium permeation through Nb during low energy ion irradiation at controlled surface conditions" Journal of Nuclear Materials. 233-237. 1184-1188 (1996)
• [Publications] V.Bandourko: "Reflection,re-emission and permeation of deuterium implanted in Ti-6Al-4V alloy" Journal of Nuclear Materials. (発表予定).