2019 Fiscal Year Annual Research Report
Energy transfer process and function control of a plasma with multi-phase matters
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17K05732
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00433326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊庭野 健造 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80647470)
永田 正義 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00192237)
福本 直之 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90275305)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 重相構造プラズマ / 蒸気遮蔽 / ELM / ダイバータ / ナノ構造タングステン / 準大気圧プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度はこれまでに新規開発した準大気圧アークプラズマ装置を用いて高熱流ヘリウムプラズマをタングステン（W）に照射する実験を行った。W試料表面温度が1700℃においては，W内部にHeバブルが形成され，W表面にHeバブルホールが確認された。これはW表面に6 eV程度以上の入射エネルギーでHeが照射されていることを示すものである。この時のイオンフラックスは2x10^23 m^-2s^-1であり，従来の低ガス圧プラズマの2桁程度高粒子束である。次にW試料表面温度が800℃程度になるように試料位置をアークコア領域から周辺領域に離して設置すると，W試料表面が黒色化した。FE-SEMを用いて黒色化W試料の断面観察を行ったところ，直径数十nmのW微粒子がクラスターを形成してW試料上に堆積していることが分かった。このようなナノ粒子形成はW放電電極が溶融・蒸発し，その蒸発粒子の冷却過程にて発生すると考えられる。きれいなクラスターを形成するメカニズムは未解明であるが，W試料に印加するバイアス電圧の効果などを今後検証する必要がある。これらの成果をJournal of Physics D: Applied Physics誌に論文として掲載した。蒸発W粒子が冷却されW試料に堆積する現象は，例えば核融合炉のWダイバータにて部分溶融が生じた際にも発生する可能性がある。プラズマから材料へのエネルギー伝達特性を考える上で新しい観点を与えた。また，黒色化ナノ構造形成を短時間に簡易なプラズマ装置で実現することができることを示す結果であり，今後の産業応用にもつながると考えられる。
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