照射欠陥材料の水素同位体吸蔵・放出特性に関するプラズマ照射エネルギー依存性研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18309
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 矢嶋 美幸 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 特任助教 (70749085)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: タングステン / 昇温脱離ガス分析 / 重水素プラズマ / 水素同位体 / 照射損傷 / 重イオン照射 / 中性子照射

Outline of Annual Research Achievements

核融合炉の実現において、核融合燃料でありかつ放射性物質であるトリチウムの炉内保持量の正確な把握と制御は、経済性および安全性の観点から必要不可欠である。核融合装置のプラズマ対向壁材料としては、水素同位体との化学反応が無く、高い融点を持つタングステンの使用が検討されており、タングステンと水素同位体の相互作用は非常に重要な研究課題として位置づけられている。通常の環境ではトリチウム保持量が少ないタングステンであるが、核融合反応により生成された中性子や高エネルギーイオンに曝されると、材料内部に照射欠陥が形成され、この欠陥に多量のトリチウムが捕獲・保持されてしまう可能性がある。そこで本研究では、これまでに他の目的のために作成され、現在は大洗センターに保管されている中性子照射タングステン試料に対して、管理区域内に設置した昇温脱離ガス分析装置を備える小型プラズマ照射装置（東北大学所有）を用いて重水素プラズマ照射を行い、その後試料を大気曝露することなく、水素同位体の吸蔵・放出特性を得る。この実験により、タングステン材料の水素同位体吸蔵・放出に対する中性子照射効果について、入射重水素イオンエネルギー・照射量・照射時の材料温度をパラメータとした実験研究により明らかにする。
27年度は実験に最適なプラズマ照射条件を明らかにするために、中性子を照射していない試料へのプラズマ照射実験を行い、材料へのプラズマ照射をするための装置運転条件を得た。また、高エネルギー重イオン照射により中性子照射と同程度の損傷量を有する試料を作製した（京都大学との共同研究）。今後はこの重イオン照射材料も用いて、中性子照射材料と重イオン照射材料における照射損傷特性と水素同位体蓄積を比較することにより、照射損傷の水素同位体蓄積への影響を明らかにしていく。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

27年度は当初の計画通りに、小型ダイバータプラズマ模擬試験装置の環境整備および装置運転条件について明らかにすることができた。また、中性子照射材料との比較用の重イオン照射材料も京都大学との共同研究によって作成することができたため、28年度からすぐに重イオン照射材料を用いた実験が可能な状況となっている。

Strategy for Future Research Activity

中性子照射材は数に限りがあるので、まず28年度は、前年度に作成した高エネルギー重イオン照射試料について、プラズマ照射により、水素同位体保持特性の入射イオンエネルギー・入射イオン量・温度依存性を明らかにする。また、重イオン照射と中性子照射による損傷分布などの違いを、透過型電子顕微鏡および陽電子寿命測定装置を用いて調べ、照射損傷の水素同位体保持特性への影響を明らかにするための知見を得る。

Causes of Carryover

本科研費以外の経費（自然科学研究機構の若手女性研究者スタートアップ支援用経費）から旅費を算出することが可能であったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在使用可能な中性子照射材料は数に限りがあり、また新たに中性子照射材料を短期間で製作することはコストや安全性の観点から現実的に難しい。そこで中性子照射材料だけでなく、高エネルギー重イオン照射試料を作製し、水素同位体保持特性のプラズマエネルギー・照射線量・温度依存性および実験に最適な照射条件を明らかにすることを計画している。したがって28年度は、高エネルギー重イオン照射施設使用料（一日当たり10万5千円）と京都大学および東北大学（大洗）への出張旅費としての使用を計画している。