核融合炉の新しいプラズマ第1壁構造材・冷却材系の探索

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480105
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡辺 豊 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10260415)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菱沼 章道 日本原子力研究所, 物質科学研究部, 照射解析研究室長(研 ; RAJA K.S 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40302179) ; 庄子 哲雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80091700)
• Keywords: 核融合炉 / プラズマ第1壁構造材 / 冷却材 / TiAl系金属間化合物 / 低放射化フェライト鋼 / 過熱水蒸気 / 材料-環境両立性 / 酸化皮膜

Research Abstract

核融合炉の真空プラズマ領域とエネルギー転換系を隔てる第1壁構造材料の開発には、耐中性子照射劣化、冷却材との両立性など複合環境下での材料問題の解決が必要とされるが、これを解決する戦略の一つとして、革新的素材の起用と従来顧みられなかった過熱水蒸気を熱搬送に用いることを中心とした新しい設計概念を提案するとともに、この両者の間の両立性を実験的に調べた。構造材料の候補として、国際的に現在最も有望な候補材とされる低放射化フェライト・マルテンサイト鋼(F82H)、代替材料として広く研究対象とされているバナジウム合金(2種)、そして革新的な材料として新開発2種を含むTiAl系金属間化合物を選び、高圧過熱水蒸気を中心に両立性の実験的評価を行った。前年度に着手した種々の温度・圧力条件の高圧過熱水蒸気中(最高650℃、100気圧)での材料ー環境両立性試験を引き続いて実施し、さらに表面に形成される皮膜の構造を調べることにより以下の所見を得た。
1. 酸化速度の観点から、過熱水蒸気環境との両立性の順位はTiAl系材料、低放射化フェライト鋼F82H、バナジウム合金であった。
2. TiAl系材料の中でも約10%のバナジウムを添加したTiAlV合金は特に優れた耐水蒸気酸化性を示した。過熱水蒸気中でTiAl合金上に形成される皮膜は各々Al_2O_3およびTiO_2を主体とする内/外2層構造であったのに対して、TiAlV合金ではTi,Al,Vの3元素全てから構成される単層皮膜が形成された。
3. F82H鋼は先進ボイラー鋼とほぼ等価の耐酸化性および皮膜構造を持つ。

Research Products

• [Publications] T.Kondo: "An evaluation of potential material-coolant compatibility for application in advanced fusion reactors" Journal of Nuclear Materials. 258-263. 2083-2087 (1998)
• [Publications] 渡辺 豊: "バナジウムを添加したTiAl系金属間化合物の過熱水蒸気中酸化挙動" 材料と環境98講演集. 189-192 (1998)