2018 Fiscal Year Research-status Report
Challenge to predict material degradation for tungsten under fusion neutron irradiation
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18K13523
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宮澤 健 東北大学, 工学研究科, 助教 (00733726)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プラズマ対向材料 / タングステン / 軽イオン照射 / 損傷組織発達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、原子炉による中性子照射に加えて加速器によるイオン照射を相補的に取り入れることで、核融合炉プラズマ対向材料として期待されているタングステン(W)及び先進W合金の照射特性を評価し、原型炉における長期運用における材料劣化を予測することを目的としている。
原子炉による中性子照射には米国オークリッジ国立研究所が有するHFIR炉を用いて、W及び先進W合金の照射後試験を評価することで、Wバルク材の強度特性と損傷組織の相関性を明らかにする。また、先進W合金の耐照射特性を明らかにする。2018年度では照射温度における引張特性を評価し、組織制御による材料を改質によって1dpa相当まで耐照射特性が改善されたことが明らかになった。
加速器によるイオン照射には東北大学工学研究科が有するダイナミトロン加速器を用いて、W及びW合金の損傷組織の発達を明らかにする。原子炉での中性子照射実験では、国内での照射実験の機会が現状、限りなく少ない。そのため、照射温度と照射量を系統的に変化させた損傷組織発達の理解及び材料劣化予測のための基礎的な知見を得るために、加速器による軽イオンであるプロトンによる照射手法を取り入れた。2018年度では、W材料における照射手法による損傷組織の相違性や類似性に関する基礎的な知見を得ることを目的とした。プロトン照射材と中性子照射材では、損傷量と照射温度がほぼ同等な条件下において、ボイドのみの損傷組織であった。しかしながら、プロトン照射材の損傷組織の方が、ボイドのサイズは大きく、数密度が小さかった。カスケード領域と損傷速度は異なることから、ボイドの形成と成長の過程に相違が見られたと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2018年度では800℃でのプロトン照射実験に成功し、損傷組織を評価した。今後は照射温度と照射量を系統的に変えて損傷組織発達を明らかにする。そのために2018年度の照射実験の知見と実績を基に照射ステージ等（遮蔽板の構造、加熱ヒータ制御）を改良することで、さらなる高温でのプロトン照射実験の見込みを得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、プロトン照射実験の照射温度と照射量を系統的に変化させて損傷組織を評価することで、中性子照射との類似性と相違性に関する課題を整理して、Wにおける損傷組織発達に関する知見を得る。また、W-Re合金のプロトン照射実験を行い、Re元素の欠陥集合体形成に及ぼす影響を明らかにする。
プロトン照射実験のさらなる高温化に取り組む。照射ステージの加熱方法としては、赤外線導入加熱を用いている。導入した赤外線によって効率良くステージを加熱にできるように、遮蔽板の構造を改良する。現状の構造では赤外線の漏れが大きくその改善と、反射板を導入することを検討している。
原子炉での中性子照射材の照射後試験としては、高温照射材の高温引張特性と損傷組織の評価を引き続き進めて行く。
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| Causes of Carryover |
年度末の出張旅費の支給額に若干の差異が生じたために、残金が生じてしまった。残金の使用計画としては、次年度においてもプロトン照射実験を行う予定であり、そのための試料作成に必要な消耗品を購入する。
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