2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on dynamics of W melt-layer splashing generated by a transient heat load simulator with a plasma gun in an external magnetic field
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26420854
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
福本 直之 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90275305)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 正義 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00192237)
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00433326)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマカガン / プラズマ対向材 / 熱負荷照射 / タングステン溶融層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，核融合科学研究所内に設置されている磁化同軸プラズマガン（MCPG）であるSPICA装置を用いて，プラズマ対向壁材料に対してパルス熱負荷模擬試験を行った．そして，磁場中において，プラズマ照射によるタングステン（W）板表面での溶融層の形成とダイナミクスについて調べた．今年度は，実験装置部品等の開発・製作をより迅速に行える様，大学内の予備実験装置の整備も行った．それより，カロリーメータのヘッドチップ部の追加改良を短期間で行うことができた．チップ材料は，材料の昇華による影響も調べるため，グラファイトとモリブデンを用いた．また，チップへの電流流入による加熱の影響を考慮し，ヘッドチップをガラス管で絶縁した場合と金属管で接続した場合で計測を行った．熱負荷の評価においては，チップ側面からの熱入力も考慮した．その結果，内部電極先端近傍における熱負荷のエネルギー密度は，最大4MJ/m2に達することが分かった．そのエネルギー密度は，磁場印加時においても変化はみられなかった．このことから，磁場印加の有無によるW板へのプラズマ照射条件に違いがないことが確認できた．
二分岐光学系を備えた高速カメラにより，二線強度比によるW板表面の二次元温度計測も行った．W板へのプラズマ照射時は，プラズマの発光が強く温度計測ができなかったが，プラズマ照射直後にあたる放電後200μｓ前後からは，温度計測が可能であった．計測により，磁場印加の有無に関係なく，照射直後でもW板の表面温度はWの融点に近い3700Kであることが確認できた．高速カメラによる撮影で得られた画像を解析するプログラムの改良を行い，飛散するドロップレットの飛散量と磁場強度や方向に対する依存性についても解析した．その結果，磁場印加により，飛散量が減少し，その飛散方向には偏りがあることが分かった．また，溶融層に表れる波紋の抑制も確認できた．
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