Accelerated Growth of Nanostructures in Metal Deposition Environments and Implications for Fusion Reactors

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01874
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2021-2022); Nagoya University (2019-2020)
• Principal Investigator: Kajita Shin 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00455297)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八木 貴志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (10415755) ; 伊藤 篤史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (10581051) ; 大野 哲靖 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60203890)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プラズマ / ヘリウム / ファズ / 共堆積

Outline of Final Research Achievements

Low-energy helium (He) plasma irradiation of ruthenium (Ru) and rhenium (Re) with hexagonal close-packed (HCP) crystal structure and crystal orientation revealed that the growth of linear nanofibers has a preferential crystal orientation in the growth direction, always in the c axis of the HCP crystal. It is clear that the formation of large scale fuzz nanostructure (LFN) is occurring due to the tip-growth process accompanied by epitaxial growth. The He flux and the amount of W deposited play an important role in the origin of giant fuzz growth.

Free Research Field

プラズマ，核融合

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

核融合炉におけるヘリウム照射効果が堆積環境だと大きく変化することが明らかになった。Heプラズマ照射によるファズの成長は10年以上前から研究されており，その知見が蓄積されてきたが，本研究で検討したように，実際の核融合装置で発生する堆積がHe効果を大きく変化させるため，堆積効果やスパッタリングの原因となる不純物を考慮したHe効果の再調査が重要であることがわかった。そしてそのファズ構造が加速成長するメカニズムを明らかにすることができ，今後この制御ができるようになれば，応用研究などにも利用することができるようになる。