Development of high toughness tungsten material to withstand multiple irradiation of 3MeV beams

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01069
• 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: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Hirano Koichiro 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ビームターゲット / ビーム照射試験 / ダイバータ / タングステン

Outline of Final Research Achievements

Eater grade tungsten samples, potassium doped samples, and recrystallized samples were irradiated with short pulsed hydrogen negative ion beams with a maximum energy flow rate of 0.64 MJ/m2 and a repetition rate of 5 Hz, and the damage to the samples　due to multiple irradiations was evaluated. The surface and cross-section of these　samples were observed and analyzed. It was found that the surface cracks were reticulate along the grain boundaries, and the cross-sectional cracks also propagated along the grain boundaries. The differences in the cracking between the different samples were also clarified. In addition, to overcome such cracking, we tried to make a high-toughness tungsten material by precipitating TiC on the grain boundary of tungsten to strengthen intergranular bonding.

Free Research Field

加速器

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ITER用タングステン材料の基礎的なデータを取得することにより、ITERダイバータやビームターゲットの寿命評価を行うことができる。国外研究所のCERNでも、熱負荷10 MW/m2以上に耐久するターゲット材料が熱望されており、高靭性タングステン材料はダイバータの材料の他、国内外の大強度ビームのターゲット材料として、幅広い利用が期待される。