核融合炉材料表面ナノ領域での特異挙動の機構論的解明を図る革新的分析手法開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09308017
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山脇 道夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30011076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野田 健治 日本原子力研究所, 本部, 主任研究員 ; 小野 双葉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00011198) ; 山口 憲司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (50210357) ; 小原 祥裕 日本原子力研究所, 核融合工学部, 主任研究員
• Keywords: 核融合炉材料 / 表面ナノ領域 / 仕事関数 / 高温蒸発挙動 / 雰囲気制御 / 不定比層 / 高温ケルビン計 / 「その場」測定

Research Abstract

(1)今年度は前年度取り上げたLi_2Oに加え、LiAlO_2についても同様の検討を行った。特に今年度は、高温・水素導入時の仕事関数変化について重点的に検討した。仕事関数測定を広範な酸素ポテンシャル(10^<-16>〜10^2Pa)領域で行った結果、Li_2O、LiAlO_2ともに、仕事関数変化は酸素ポテンシャルと負の相関関係にあることが分かった。これは他の個体増殖材料では見られなかった傾向である。そこでより詳細に検討したところ、水素の導入に伴う系内の水蒸気分圧が増加することが確認され、この水蒸気による影響がより顕著に現れたためではないかと推察した。なお、両試料とも仕事関数変化は同じ程度であったが、LiAlO_2の方が測定温度は150K程度高かった。
(2)照射下での仕事関数測定が可能な装置体系を構築し、これを2つのビーム照射装置に接続して、仕事関数測定を試みた。1つは、東京大学重イオン照射研究設備の加速器より,1MeVの水素あるいはヘリウムイオンを、他方の装置では、500eVの低エネルギーヘリウムイオンを導き出し、これを、金、ニッケルなどの金属膜やLi_2O、ZrO_2などのセラミックス材料に注入した。いずれもビーム注入に伴い1Vを超える接触電位差の変化が観測されたため、被測定試料の仕事関数変化以外の要因が測定に関与していると考えられた。そこで原因の究明を行った結果、装置各所でのビームの散乱や、金属板ヒーターの加熱などに伴う二次電子の影響や、特にセラミックスでは試料自身への帯電などが、測定結果に反映されていると考えられ、その低減を図ることが急務である。しかし、徹底したノイズの低減とシールドを施した結果、これらの影響が現れない状況下では、数mV程度の微少な電位差変化が測定できることを確認した。
(3)表面物性である仕事関数を、バルク物性である電気伝導度と関連させて議論すべく、ゼーベック係数測定装置の構築を試みた。

Research Products

• [Publications] K. Yamaguchi et al.: "Hydrogen atmosphere effect on vaporization of lithium-based oxide ceramics by means of high temperature mass spectrometry and....."Journal of the Mass Spectometry of Japan. 47(1). 10-15 (1999)
• [Publications] S. Hirano et al.: "Development of novel materials reduction of greenhouse gases and environmental monitoring through interface engineering"Korean Journal of Material Research. 9(6). 635-653 (1999)
• [Publications] A. Suzuki et al.: "Application of high temperature mass spectrometry and work function measurement to evalution of thermochemical performance"Fusion Engineering and Design. (発表予定).
• [Publications] T. Yokota et al.: "Study of the tritium behavior aLi_2O by means of work function mea"Jornal of Nuclear Materials. (発表予定).
• [Publications] T. Yokota at al.: "Sweep gas on the surface of Li_2O by means of work function measurement"Proc. 8th Workshop Ceramic Breeder Blanket Interactions. (発表予定).
• [Publications] G. N. Luo et al.: "Measurement of work function change of ceramic breeder materials under ion beam irradiation"Proc. 8th Workshop Ceramic Breeder Blanket Interactions. (発表予定).