2015 Fiscal Year Research-status Report
高熱流パルスプラズマー材料相互作用における重相状態と熱緩衝効果の解明
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26400535
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00433326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 正義 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00192237)
福本 直之 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90275305)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマガン / パルス熱負荷 / 蒸気遮蔽効果 / ダイバータ / タングステン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は兵庫県立大学の磁化プラズマガン装置およびオランダ基礎エネルギー研究所の定常・パルス複合照射装置Pilot-PSIを用いて、ELM様パルスプラズマ生成と材料照射実験を行った。まず、多チャンネル高速分光器の開発として、8本の分岐光ファイバと可視分光器2台、マルチアノード光電子増倍管2個を用いることで、異なる発光線を同一視線かつ同時に行うことを可能とした。また、パルスプラズマ照射時の材料表面温度計測として、高速カメラに2分岐光学系を組み合わせた2次元高速温度計測システムを適用した。これらの計測器を用いて、アルミニウム（Al)、タングステン（W）へのパルスプラズマ照射時のプラズマ材料相互作用を実験的に調査した。その結果、Alの場合にはプラズマ照射によりAl中性原子線（Al I）が観測され、蒸気層が形成されていることがわかった。また、同一視線にてHeイオン線（He II）も測定したところ、プラズマ照射直後にAl Iは材料最表面にのみ発生していることが明らかとなった。その後、プラズマ圧力が低下するとともに、Al Iが強く発光した。さらに、He IIとAl I発光の時間発展を調べたところ、両者に逆相関の振舞いがあることが分かった。なお、低いガン放電電圧にてプラズマを生成したところ、Al Iが発生するタイミングが早くなることから、プラズマ圧力が蒸気層形成に影響を与えていることが分かった。
Pilot-PSIとの国際共同研究では、Al薄膜コーティングW材に定常・パルスプラズマを照射したときのAl I, Alイオン発光ならびに材料表面温度計測を行った。その結果、Al蒸気層の形成により、材料に付与される熱負荷が実効的に低下することが示された。
これらの成果はPFMC会議における招待講演、ITPA meeting、プラズマ・核融合学会年会等にて発表した。
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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
平成27年度に予定していた多チャンネル高速分光計測システムの拡張に成功し、2つの異なる発光線の同一視線・同時計測が可能となった。また、高速カメラを用いた材料表面温度計測システムも新規に導入した。これらを駆使し、プラズマと蒸気層の相互作用を調査することができた。オランダ基礎エネルギー研究所との共同研究においても、蒸気遮蔽効果を示唆する実験結果を得ることができた。得られた成果の報告も国際招待講演を含め、国内外の学会等にて順調に実施しており、学術論文にまとめることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
計測器の開発・改良として、高速パイロメータの高感度化と多チャンネル分光器に用いる光電子増倍管の変更を実施する。材料照射実験としては、入射プラズマのガス種やプラズマパラメータを変えたときの蒸気層の形成および遮蔽効果について調査する。蒸気遮蔽効果に関するモデリング研究と実験結果との比較についても実施する。
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[Presentation] Vapor shielding effects on tungsten surface damage exposed to plasma-gun generated ELM-like transient loads2015
Author(s)
Y. Kikuchi, I. Sakuma, Y. Asai, K. Onishi, W. Isono, T. Nakazono, M. Nakane, D. Sato, F. Domon, N. Ohno, N. Fukumoto, M. Nagata
Organizer
15th International Conference on Plasma Facing Materials & Components for Fusion Applications
Place of Presentation
エクサンプロヴァンス（フランス）
Year and Date
2015-05-18 – 2015-05-22
Int'l Joint Research / Invited
