2016 Fiscal Year Annual Research Report
タングステンの熱疲労劣化挙動の学理究明による傾斜機能長寿命ダイバータ開発への挑戦
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26289351
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野上 修平 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00431528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江原 真司 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30325485)
福田 誠 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70757666)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 核融合炉 / ダイバータ / タングステン / 引張強さ / 疲労寿命 / 再結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タングステン（W）ダイバータの主たる損傷事象は疲労であるため、き裂発生寿命の延伸、き裂成長の抑制、再結晶化の抑制などが必要である。これまで我々は、ナノ組織制御Wの優れた表面損傷耐性と高い再結晶化温度、ボイド分散強化Wの高い再結晶化温度とき裂成長抑制の可能性を明らかにした。本研究では、熱疲労劣化挙動の学理究明によりナノ組織制御材とボイド分散強化材を疲労の観点から最適化し、ボイド分散強化材の表面層にナノ組織制御材の優れた特性を付与した傾斜機能ダイバータ用Wを創生することを目的とする。これに対し、平成28年度は以下の成果を得た。
（１）平成27年度に開発したナノ組織制御Wについて、引張特性とその熱処理温度依存性の評価を実施した。従来の純Wや平成26年度に開発したボイド分散強化Wに比べ、強度は高く、また、両材料に比べ熱処理による強度低下の程度は小さく、再結晶後も含めた高強度化に成功したことを確認した。
（２）（１）と同様の材料に対する高温疲労特性評価を、同じく平成26年度に開発した高温疲労試験装置を用いて実施した。その結果、結晶粒微細化とそれに伴う高強度化などにより、ナノ組織制御Wは純Wに比べて疲労寿命が長くなることが明らかになり、開発目標が概ね達成されたことを確認した。
（３）従来の純W、平成26年度に開発したボイド分散強化W、平成27年度に開発したナノ組織制御Wに対し、サイクロトロン加速器を用いてヘリウム注入実験を実施した。注入温度は200℃以下、注入量は最大200 appmとした。
（４）研究成果を、第22回核融合デバイスにおけるプラズマ表面相互作用に関する国際会議（PSI-22）、第22回核融合エネルギー技術に関するトピカルミーティング（TOFE-22）、第29回核融合技術シンポジウム（SOFT-29）において発表し、一部は学術雑誌に投稿した。
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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
研究実績の概要（２）の高温疲労特性評価について、材料の長寿命化に伴い試験数が限られてしまった。データ数の目標値は超えたものの、より精度の高い評価のためにはデータ数の拡充が必要である。その点は、平成29年度も継続して評価を進めることにより、補う予定である。他の実施項目は順調に進展したため、計画全体としてはおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、主として以下を実施し、本研究を推進する。
（１）平成28年度に実施したサイクロトロン加速器によるヘリウム注入実験により作製したボイド分散強化Wとナノ組織制御Wのヘリウム注入試験片を用いて、ヘリウム注入耐性を確認する。ダイバータ用材料として望ましくない結果となった場合には、材料を一部改良する。
（２）ボイド分散強化Wとナノ組織制御Wによる傾斜機能Wを製作する。それぞれの材料は、平成26年度に開発したボイド分散強化Wと、平成27年度に開発したナノ組織制御Wであるが、（１）の結果によっては、改良材を適用する。製作には、固相拡散接合法を利用する。接合温度と接合時間は、それぞれの材料のキャラクタリゼーションの結果、特に再結晶化挙動に及ぼす熱処理温度と時間の影響に関する評価結果を加味し、傾斜機能Wとしても再結晶しない条件を選定する。
（３）平成26年度に開発した高温疲労試験装置を用いて、傾斜機能Wの高温疲労特性評価を実施する。ダイバータ用材料として望ましくない結果となった場合には、材料や接合条件を一部改良する。
（４）平成26年度から29年度までの研究成果を総括し、本研究課題をまとめる。
（５）第13回核融合炉工学国際シンポジウム（ISFNT-13）や第18回核融合炉材料国際会議（ICFRM-18）において、本研究課題の成果を公表する。
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