Evaluation and Mechanism Understanding of Mechanical Property Changes by Hydrogen Addition in Tungsten Irradiated by Particle Beams

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01068
• 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: Kagoshima University
• Principal Investigator: Sato Koichi 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (30378971)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 笠田 竜太 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20335227) ; 畠山 賢彦 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 准教授 (30375109) ; 徐 ぎゅう 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (90273531)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 水素 / タングステン / 機械的特性 / 微小試験 / 粒子線照射

Outline of Final Research Achievements

Tungsten samples were irradiated with ions at different temperatures, and those irradiated with electrons at different irradiation doses were annealed. In consequence, various sizes of vacancy clusters were formed. Upon hydrogen charging, samples including vacancies or small vacancy clusters hardened. In contrast, samples including large vacancy clusters did not exhibit changes in hardness. The cause of hardening due to hydrogen charging is expected to be that the vacancies and small vacancy clusters captured hydrogen, thereby more strongly hindering dislocation movement. Micro-tensile and micro-compression tests were also attempted on the ion-irradiated materials, but due to the shallow damage region and the small sample size, good results could not be obtained.

Free Research Field

核融合学関連

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

空孔型欠陥が水素を捕獲することによって硬くなることはシミュレーションによって報告されているが、その空孔型欠陥の中で原子空孔や小さな原子空孔集合体が水素を捕獲した場合のみ、硬さが上昇することを実験的に示すことができた。これは本研究で得られた学術的な知見の一つである。また、本研究からダイバータの冷却管近傍が水素によって硬化することが分かった。一般に強度と延性はトレードオフの関係にあるため、水素が存在する中で硬化と延性がどのような関係にあるのかを解明する必要があるが、その結果次第で核融合炉の設計において本研究の効果を考慮する必要が出てくることが分かった。これが得られた社会的意義の一つである。