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2021 Fiscal Year Research-status Report

核融合炉壁材料中の水素同位体深さ分布のプラズマ照射エネルギー依存性

Research Project

Project/Area Number 19K14692
Research InstitutionNational 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, 助教 (70749085)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywordsタングステン / ヘリウム / 重水素 / イオンビーム / タンデム加速器 / 核融合 / プラズマ・壁相互作用 / 水素吸蔵
Outline of Annual Research Achievements

核融合炉候補材料であるタングステンにヘリウムが照射されると、タングステン表面近傍にヘリウムの集合体(以下、ヘリウムバブルと表記する)が形成されることがわかっている。ヘリウムバブルが形成により水素同位体の拡散を阻害、あるいは、ヘリウムバブルの連結により水素同位体の脱離を促進することが示されてきた。しかし試料中の水素同位体分布については、まだ十分に明らかになってはいない。特に核融合デモ炉の設計・運用に寄与する、入射イオンエネルギー依存性に関する基礎データは未だ得られていない。そこで本研究では核融合科学研究所が所有するイオンビーム解析装置を用いて、ヘリウムバブルが形成した試料中の水素同位体保持量の深さ分布について明らかにすることを目指す。
該当年度はイオンビーム解析装置のイオン源において引き出し電流の低下が確認されたため、イオン源のメンテナンスを実施した。メンテナンス後、イオンビームの引き出し電流値が大幅に改善された。さらに核反応法(NRA)分析のための環境整備を進めた。本実験で実施予定のNRA分析では3Heと重水素(D)との核反応生成物であるプロトンを検出する。そのため、本年度はプロトン検出器の設計を進めた。また、検出器からパソコンまでの出力方法についても検討した。来年度は設計したホルダーの発注、計測環境の整備を進める。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度はイオンビーム解析装置の引き出し電流の低下により、十分な電流値が得られなかった。そのため、本年度の進捗は予定よりも遅れてしまった。イオン源を分解しギャップレンズの研磨・洗浄を実施したところ、生じていた電流値の低下が大幅に改善された。来年度は改善されたイオンビーム解析装置を用いて水素同位体の深さ分布を明らかにしていく。

Strategy for Future Research Activity

来年度は核反応解析法(NRA)による重水素計測環境整備を実施する予定である。

Causes of Carryover

緊急事態宣言等により出張日程が大幅に変更になったため。来年度以降は、ヘリウムバブル形成タングステン試料を作成するための出張費および国際会議等への参加費・出張費として使用する予定である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Kurchatov Institute/Russian Academy of Sciences(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      Kurchatov Institute/Russian Academy of Sciences
  • [Journal Article] Penetration of deuterium into neutron-irradiated tungsten under plasma exposure2021

    • Author(s)
      Yajima Miyuki、Hatano Yuji、Alimov Vladimir Kh、Toyama Takeshi、Kuwabara Tatsuya、Schwarz-Selinger Thomas、Oya Yasuhisa、Spitsyn Alexander V、Ohno Noriyasu
    • Journal Title

      Physica Scripta

      Volume: 96 Pages: 124042~124042

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ac2c20

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Investigation on tritium retention and surface properties on the first wall in the large helical Device2021

    • Author(s)
      Yajima M.、Masuzaki S.、Yoshida N.、Tokitani M.、Otsuka T.、Oya Y.、Torikai Y.、Motojima G.
    • Journal Title

      Nuclear Materials and Energy

      Volume: 27 Pages: 100906~100906

    • DOI

      10.1016/j.nme.2021.100906

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Application of positron annihilation spectroscopy and compact divertor plasma simulator for studies of hydrogen retention in neutron-irradiated tungsten2021

    • Author(s)
      T. Toyama, M. Yajima, T. Kuwabara, V. Kh. Alimov, K. Suzuki, Y. Nagai, N. Ohno, Y. Hatano
    • Organizer
      the 20th edition of the International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-20)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 第21サイクルLHD第一壁における水素同位体保持と表面特性評価2021

    • Author(s)
      矢嶋美幸, 吉田直亮, 増崎貴, 時谷政行, 本島厳, 田中将裕, 大塚哲平
    • Organizer
      第38回 プラズマ・核融合学会年会
  • [Presentation] Study of Deuterium Retention Property of Irradiated Damage Sample Using Compact Divertor Plasma Simulator for Hot Laboratory2021

    • Author(s)
      M. Yajima, Y. Hatano, N. Ohno, T. Kuwabara, T. Toyama, K. Suzuki, M. Takagi
    • Organizer
      Summit of Materials Science 2022 & GIMRT User Meeting 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecular dynamics simulation of vacancy cluster formation and hydrogen isotope trapping in neutron irradiated tungsten2021

    • Author(s)
      Miyuki Yajima, Seki Saito, Kazuki Takasan, Hiroaki Nakamura, Daiji Kato
    • Organizer
      ISPlasma2022 / IC-PLANTS2022
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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