2022 Fiscal Year Annual Research Report
3MeVビームの多重照射に耐えられる高靭性タングステン材料の開発
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21H01069
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
平野 耕一郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (30446463)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江里 幸一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 ITERプロジェクト部, グループリーダー (30354624)
徳永 和俊 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40227583)
福田 誠 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 ITERプロジェクト部, 主任研究員 (70757666)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | タングステン / ビーム照射試験 / ビームターゲット / ダイバータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は、カリウムをドープさせた試料や再結晶させた試料などを製作し、ビーム（水素負イオン）の繰り返し照射試験をJ-PARC加速器の3 MeVリニアックにおいて実施した。この試験では、試料表面の最大ピーク温度を放射温度計で測定するとともに、放出されたガスのイオン電流を静電四重極質量分析装置(QMS)で測定した。試料に対する熱負荷は、ビームパルス幅を変化させて決定した。決定したパルス幅を基に、試料に対して、表面温度の加熱（1800℃）と冷却（約100℃）の温度変化を5 Hz周期で繰り返し与えた。デジタルマイクロスコープ及び走査型電子顕微鏡(SEM)による試料表面の観察を行い、ビーム照射によるタングステンの表面性状の変化を分析した。また、表面温度の加熱（700℃、1700℃及び3100℃）と冷却（約100℃）の温度変化を5 Hz周期で繰り返し与えたイーターグレードタングステン試料について、断面観察のために切断加工を行い、SEM及び電子後方散乱回折装置(EBSD)等を用いた表面形状・内部組織の観察を行った。
さらに、高靭性タングステン材料の開発に関しては、多角バレルスパッタリング法を用いてTiCをタングステン粉末に蒸着する方法を検討した。次に、この方法で製作したTiCをスパッタコートしたタングステン粉末を合金化するために、放電プラズマ焼結装置を用いて真空中で焼結することを検討し、タングステン粉末を使用して焼結体を試作した。令和5年度早々にWTiC合金を製作する準備を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の想定に反し、粉末合金製作予備試験過程において、使用予定の粉末合金製作装置では計画した割合で粉末合金を製作することができないことが判明した。当初計画通りの割合で粉末合金を製作するためには、粉末合金製作装置に係る調査からやり直す必要があり、遅れが生じてしまった。以上のことから、現在までの進捗状況はやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでビーム照射試験を行った試料について、デジタルマイクロスコープ及び走査型電子顕微鏡(SEM)による試料表面の観察を行い、ビーム照射によるタングステンの表面性状の変化を分析する。また、断面観察のために切断加工を行い、SEM及び電子後方散乱回折装置(EBSD)等を用いた表面形状・内部組織の観察を行うとともに、応力解析を行う。
多角バレルスパッタリング法を用いてTiCをスパッタ蒸着したタングステン粉末を製作し、放電プラズマ焼結装置を用いて真空中で焼結して、WTiC合金を製作する。WTiC合金の結晶粒の結合の強化処理を行い、高靭性タングステン材料の試作を行う。試作を行った試験片の表面形状・内部組織を観察するとともに、応力測定及び応力解析を行う。
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