高Zプラズマ対向材料におけるプラズマ・中性子相乗照射効果に関する基礎研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360492
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 吉田 直亮 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (00127317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩切 宏友 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (80325480) ; 徳永 和俊 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40227583) ; 渡辺 英雄 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (90212323)
• Keywords: 核融合炉材料 / 中性子照射損傷 / プラズマ照射損傷 / プラズマ対向材料 / タングステン

Research Abstract

D-T反応で発生したヘリウムの一部はイオンあるいは荷電交換中性粒子として第一壁やダイバータに到達する。ヘリウムは金属材料中で極めて拡散が早い、格子欠陥、特に原子空孔との結合相互作用が強いなどの特徴を有し、表面での照射効果のみならず、材料内部にまで拡散し、中性子による照射損傷と強い相互作用を起こすことが考えられる。本研究ではこの現象を低エネルギーのヘリウムイオンと高エネルギーの重イオンを同時に照射することによって模擬し、核融合炉プラズマ対向材料で起こるプラズマ・中性子複合照射効果の要素過程を明らかにすることを目的としている。
初年度となる本年度は以下の3点について研究を進めた。
(1)高融点金属であるタングステンを研究の対象とするため、1000℃をはるかに越える高温まで加熱制御可能な「超高温型試料加熱制御装置」を作成した。この装置はコンピュータにより試料温度のプログラム制御が可能な装置であり、放出ガスの測定を考慮に入れ、試料以外の部分の昇温を極力抑えるような設計となっている。予備実験では、1600℃以上まで加熱することによってタングステンに注入したヘリウムの熱放出挙動の全貌を明らかにすることに成功した。
(2)1000℃での低エネルギーヘリウム照射実験を行い、ヘリウムの長距離拡散による照射損傷を確認するとともに、ヘリウムバブルの熱的な移動が損傷組織を決める重要な要素過程であることを明らかにした。
(3)ヘリウム/中性子同時照射での欠陥の蓄積過程を計算するための計算プログラムを作成した。このプログラムは、拡散を考慮した反応速度論に基づくものであり、表面から内部に向けてのヘリウムの拡散状況、そのヘリウムが中性子照射によって発生した原子空孔に捕らえられ、空孔の蓄積、ひいては格子間原子、欠陥集合体の形成を支配していく状況が明らかとなった。来年度に行う同時照射実験との突合せが待たれる。