2022 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of Damage Process by Fusion Plasma in High Toughness Tungsten Alloys
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20K03900
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
徐 ぎゅう 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (90273531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 光貴 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (80379693)
時谷 政行 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30455208)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | タングステン合金 / 重水素 / ヘリウム / プラズマ / 照射欠陥 / Y / Zr |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度に計画した純Wを含め、MoとZrをそれぞれ添加したW-Y2O3合金の4種類試料について、1000Kの高温で2.5x1025イオン/m2までの高照射量のD、He及びD＋Heプラズマ照射（50eV程度）を行い、走査型電子顕微鏡によりW合金表面損傷を調べた。Dプラズマ照射によるW合金の損傷が主にスパッタリングであった。一方、Heプラズマ照射によりいずれの合金においては、fuzzナノ構造が形成された。純タングステンに比べ、Moを添加したW-Y2O3合金のfuzzナノ構造の厚みが殆ど変わらなかった。W-Y2O3合金のfuzzナノ構造の厚みは純タングステンの半分であった。これに対して、ZrをW-Y2O3合金に添加すると、fuzzナノ構造の厚みが純タングステンの1/5になった。これについては、Zrの添加により微細化されたY2O3ナノ粒子がHe原子を分散し、Heバブルが成長しにくくなった。従って、fuzzナノ構造層が薄くなると考えられる。また、D＋He混合プラズマによるW合金の表面損傷は主にその中のHeプラズマによるものであった。
また、前年度に計画した4種類のW合金に高温で重イオン照射を行い、超微小硬度計を用いて、照射による材料の硬度変化を調べた。Y2O3を添加したW合金の硬さが純Wと殆ど変わらなかった。一方、W-Y2O3にさらにWまたはZrを添加すると、硬さが増加した。特に、照射による硬度増加の幅が顕著であった。
これまで得られたW-Y2O3合金におけるD蓄積に及ぼすMoまたはZrの添加効果を加えると、Zrを添加したW-Y2O3合金が耐Heプラズマの照射性が最も優れている。その次は、W-Y2O3合金である。一方、Moの添加効果が全くなかった。また、第一原理計算結果からZrと酸化Yの添加によりW中のHe溶解度が増えたことが分かった。
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