2021 Fiscal Year Annual Research Report
Plasma driven permeation for plasma facing materials and its hydrogen isotope effect
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20H01885
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
大矢 恭久 静岡大学, 理学部, 准教授 (80334291)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
波多野 雄治 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (80218487)
染谷 洋二 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 主幹研究員 (20589345)
芦川 直子 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00353441)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ駆動透過 / 同位体効果 / 水素同位体移行 / プラズマ対向材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
静岡大学（大矢）ではWにおける種々のH, D混合比のプラズマ照射時の透過挙動を明らかにし、水素同位体効果を明らかにした。その結果、プラズマ駆動水素同位体透過においてHe添加では同位体効果は大きく変化しないことが示された。一方、中性子照射材では900Kを越える高温までHの透過フラックスがDよりも高句なることが明らかとなり、照射欠陥の回復がバルクでの水素同位体透過に影響している可能性が示唆された。
富山大学（波多野）は、核融合炉冷却材配管として有望視されているCuCrZr合金およびCu酸化物分散強化合金中の水素同位体の滞留および透過における同位体効果を調べてきており、今年度はCuCrZr合金についてトリチウムの周囲の元素分布を同定し、捕捉サイトを明らかにすることを試みた。トリチウムを導入した試料でのβ線誘起X線の計測、および重水素を導入した試料での3次元アトムプローブによるD分布測定を行ったが、析出物での水素同位体の濃縮は見られなかった。これらの結果は、析出物が捕捉サイトとなっているわけではなく、その周辺の歪場や固溶している合金元素（CrおよびZr）が水素同位体を捕捉していることを示唆している。
量子科学技術研究機構（染谷）にて核融合炉真空容器内におけるトリチウムインベントリ評価に向けて、核融合炉環境下を想定したプラズマ対向壁材料（タングステン）での核変換生成物（Ｒｅ）を考慮した物理定数を整理した。
核融合炉プラズマ対向面での水素同位体透過と蓄積を模擬する手法として、タングステンに対してチタン(Ti)およびパラジウム(Pd)蒸着膜を使った試料による評価を核融合科学研究所（芦川）が行ない、タングステン単体の実験では検出限界以下となる水素同位体量をチタンへ積算捕捉させることで、事後解析による細な透過挙動について評価した。
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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
プラズマ対向材における水素同位体効果について明らかにし、そのHe混合効果やRe添加効果についても評価を進めてきた。また、そのシミュレーション評価手法の検討も進められており、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、さらにRe添加効果とHe混合効果の重畳効果について明らかにする計画としている。また、実験的に明らかにした物理化学定数を用いて、シミュレーションによる水素同位体移行挙動ダイナミックスを明らかにする。
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