Development of the W/ODS-Cu divertor heat removal component by using the Advanced Brazing Technique

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K06997
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 時谷 政行 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30455208)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: プラズマ対向機器 / ダイバータ / ろう付接合 / 銅合金 / タングステン

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究結果により，先進的ろう付接合法で製造した小型のW/BNi-6/GlidCop(ODS-Cu)製ダイバータ受熱機器試験体が，～24MW/m^2の定常熱負荷に耐えられることが確認された．W/BNi-6/GlidCop(ODS-Cu)接合接手（以下，W/GlidCop接合接手）の優れた機械的特性は，WとGlidCop接合界面のGlidCop側で，界面からの距離100～700マイクロメートルの領域で極端な軟化層が発生していることに起因することがわかった．この軟化層が残留応力や熱応力を吸収するクッションの役割を果たすことで，W/GlidCop接合接手が靭性を獲得できていると考えられる．
以上の実験的事実に基づき，先進的ろう付接合法を用いて大型のW/BNi-6/GlidCop(ODS-Cu)製ダイバータ受熱機器試験体であっても問題なく製造できると判断し，2019年度は，実際にGlidCopヒートシンクに20mm×20mm×5mmのタングステン(W)ブロック28枚を同時に接合する大型試験体の製造を行った．その結果，1回目の製造試験で製造に成功した．本試験体への熱負荷試験は2019年度に実施できなかったが，近日中に行う予定である．
一方，当初予定していなかった研究の進展としては，GlidCop同士あるいはGlidCopとステンレス鋼等各種金属との接合を，先進的ろう付接合法を用いることで，流体漏れの無いリークタイト条件で実現することに成功した．GlidCop同士あるいはGlidCopとステンレス鋼の接合接手はマイクロスケールの溶接に近い接合品質であり，この継手を利用することでダイバータ受熱機器のヒートシンクに自由な冷却流路を成形させることが可能となり，ダイバータ受熱機器の冷却性能向上に貢献できる可能性がある．

Research Products

• [Journal Article] Surface morphology of the bulk tungsten divertor tiles from JET ITER-like wall (2020)
  • Author(s): M. Tokitani, M. Miyamoto, S. Masuzaki, Y. Hatano, S.E. Lee, Y. Oya, T. Otsuka, M. Oyaidzu, H. Kurotaki, T. Suzuki, D. Hamaguchi, T. Hayashi, N. Asakura, A. Widdowson, S. Jachmich, M. Rubel, JET Contributors
  • Journal Title: Physica Scripta Volume: T171 Pages: 014010
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1402-4896/ab3d09
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Leak tight joint procedures for ODS-Cu/ODS-Cu by the advanced brazing technique (2019)
  • Author(s): M. Tokitani, Y. Hamaji, Y. Hiraoka, S. Masuzaki, H. Tamura, H. Noto, T. Tanaka, T. Muroga, A. Sagara, the FFHR Design Group
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 148 Pages: 111274
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.111274
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Microscopic analysis of surface morphologies on the tungsten bulk divertor from JET ITER-like wall (2019)
  • Author(s): M. Tokitani, M. Miyamoto, S. Masuzaki, Y. Hatano, S.E. Lee, Y. Oya, T. Otsuka, M. Oyaidzu, H. Kurotaki, T. Suzuki, D. Hamaguchi, T. Hayashi, N. Asakura, A. Widdowson, S. Jachmich, M. Rubel, JET Contributors
  • Organizer: 17th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications (PFMC-17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Leak Tight Joint Method for ODS-Cu/ODS-Cu by Application of the Advanced Brazing Technique (2019)
  • Author(s): M. Tokitani, Y. Hamaji, Y. Hiraoka, S. Masuzaki, H. Tamura, H. Noto, T. Tanaka, T. Muroga, A. Sagara, the FFHR Design Group
  • Organizer: 14th International Symposium on Fusion Nuclear Technologies (ISFNT-14)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Manufacturing Technologies for advanced PFMs relevant for DEMO (2019)
  • Author(s): M. Tokitani, H. Noto, T. Muroga, T. Hirai
  • Organizer: 6th IAEA DEMO Programme Workshop (DPWS-6)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Novel Fabrication Method for High Heat Flux Component by the Multi-Step Brazing Technique (2019)
  • Author(s): M. Tokitani, Y. Hamaji, Y. Hiraoka, S. Masuzaki, H. Tamura, H. Noto, T. Tanaka, T. Muroga, A. Sagara, the FFHR Design Group
  • Organizer: The 19th International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] JET-ILW実験で使用されたWダイバータタイルおよびBeリミタタイルの微細構造 (2019)
  • Author(s): M. Tokitani, M. Miyamoto, S. Masuzaki, Y. Hatano, Y. Oya, T. Otsuka, D. Hamaguchi, H. Kurotaki, M. Oyaidzu, T. Suzuki, T. Suzuki, T. Hayashi, N. Asakura, A. Widdowson, S. Jachmich, M. Rubel, JET Contributors
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [Patent(Industrial Property Rights)] アルミナ分散強化銅のろう付接合方法 (2019)
  • Inventor(s): 時谷政行
  • Industrial Property Rights Holder: 自然科学研究機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特許第6606661号
• [Patent(Industrial Property Rights)] アルミナ分散強化銅のろう付接合方法 (2018)
  • Inventor(s): 時谷政行
  • Industrial Property Rights Holder: 自然科学研究機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特許第6528257号