プラズマ排ガスの排気・精製のための超透過膜の開発に関する基礎的研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09358010
• 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): 小原 祥裕 日本原子力研究所, 材料研究部, 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) ; 中村 和幸 日本原子力研究所, 核融合工学部, 副主任研究員
• Keywords: プラズマ排気 / 排ガス精製 / ニオブ / 超透過 / 原子状ビーム / プラズマ駆動透過 / プラズマ-材料相互作用 / 核融合粒子制御

Research Abstract

原子状重水素ビームによるNb膜からの透過に関して、その透過機構に関する検討を進めている。重水素透過速度を試料表面不純物組成の関数として評価する試みは、残念ながら実施に漕ぎ付けることができなかったが、何故透過速度が長時間(数10時間程度)もかかって定常に達するのか、について検討した。従来のモデルでは、透過はバルク拡散あるいは表面再結合のいずれかが律速するとしているが、そのどちらによっても、観測結果を説明することはできず、表面へからバルクへの侵入過程が律速しているのではないかと考え、されに検討を進めている。
前年度ロシアより購入したプラズマ透過試験装置に膜からの透過速度を測定するための体系を付け加えた。金属膜は円筒形のNb製であるが、必要に応じてパラジウム(Pd)膜の使用も可能になっている。実験室の電源容量の不足からフルパワーでの稼動には至っていないが、放電により装置内に装荷した炭素ターゲットから炭素が金属膜表面に付着するのが確認できた。
Nbに対して、プラズマ駆動透過実験を行う前に原子・分子駆動透過実験を行った。本実験体系では原子と分子が同時に試料に注入されるので、別途同じ条件下で、しかし原子化部(atomizer)を点火しないで分子駆動透過速度のみを測定し、上述の結果より差し引いて、原子駆動による透過速度を評価した。その結果、原子駆動透過は測定した温度領域(700〜1000K)で透過速度が温度に依存しない、「超透過」を示唆する結果が得られ、これは別装置:表面分析器付水素透過実験装置にて観測された事実とほぼ符合することが分かり、装置がほぼその仕様どおり動作することが確認できた。さらに、炭素ターゲットを用いて、プラズマ放電を起こし、ターゲットから炭素がNb透過膜に蒸着する状況を作りだし、プラズマや分子駆動透過への影響を調べた。実験の結果、炭素が注入側表面に蒸着することによる分子駆動透過への影響はそれほど大きいものなかったが、プラズマ駆動透過に対しては顕著に透過速度を低減させる効果があることが分かった。

Research Products

• [Publications] K. Ohkoshi et al.: "he ion- and atom-driven transport of deuterium in Nb under the influence of surface impurities"Journal of Nuclear Materials. 266-269. 1167-1171 (1999)
• [Publications] K. Ohkoshi et al.: "Hydrogen transport in Nb membrane under exposure to atomic hydrogen beam"Proc. 2nd Int. Workshop Hydrogen Recycle at Plasma Facing Materials. (発表予定).