Arc Discharge Properties and Hydrogen Isotope Absorption in Co-deposited Films at Remote Fusion Plasmas

• Project/Area Number: 25289336
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: UESUGI YOSHIHIKO 金沢大学, 電子情報学系, 教授 (90213339)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TANAKA Yasunori 金沢大学, 理工研究域・電子情報学系, 教授 (90303263)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2013: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
• Keywords: トリチウム吸蔵制御 / 不純物堆積膜 / 核融合周辺プラズマ / 反応性プラズマ / 不純物制御 / 水素同位体吸蔵 / 水素化炭素膜 / 窒素スカベンジャー / プラズマー壁相互作用 / リモートプラズマ / 水素金属不純物共体積 / 核融合 / 窒素スカベンジャー効果 / プラズマ-壁相互作用 / 低温周辺プラズマ / 周辺プラズマ / 低温反応性プラズマ / ダイバータ / トカマク型核融合炉 / トリチウム

Outline of Final Research Achievements

A simultaneous addition of nitrogen with carbon impurities into D2 plasmas can strongly suppress the hydrogenated carbon film growth at low surface temperature of Ts=310~400 K. Nitrogen scavenger effects on carbon film formation and growth are dominantly related to slow chemical reactions of nitrogen in the hydrogenated carbon films(τ~50 min), such as diffusive penetration of atomic nitrogen and formation of new chemical equilibrium. Carbon film growth with nitrogen shows a nonlinear feature with the amount of added nitrogen that the film growth rate suddenly drops at N/C=0.8~1.
Volatile DCN and NDx formation and release from the deposited films contributed to reduce the hydrogen isotope retention in the deposited hydrogenated carbon film. Rough estimation of deuterium retention showed that the ratio of the total number of deuterium atoms absorbed in the hydrogenated carbon films to the total carbon atoms introduced into the chamber is D/C=1.2~1.8 without nitrogen addition.

Research Products

• [Int'l Joint Research] エネルギー研究センター(米国)
• [Journal Article] Suppression of hydrogenated carbon film deposition and hydrogen isotope retention by nitrogen addition into cold remote H/D and CH4 mixture plasmas (2015)
  • Author(s): K. Iida, A. Sasaki, M. Notani, Y. Uesugi, Y. Tanaka, T. Ishijima
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: 463 Pages: 693-696
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.01.017
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 双方向性トリガーダイオードを用い生成した低気圧円筒形誘電体バリア放電動作特性解析 (2015)
  • Author(s): 平良優介、上杉喜彦、田中康規、石島達夫
  • Journal Title: 電気学会論文誌A Volume: 135 Pages: 182-188
  • NAID: 130004869444
  • Peer Reviewed
• [Presentation] レーザー誘起ブレイクダウン分光法による堆積膜組成のその場分析 (2016)
  • Author(s): 山崎嵩朗、加藤拓郎、上杉喜彦、田中康規、石島達夫、西島大輔
  • Organizer: 第11回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-07-14
• [Presentation] 水素/炭素混合プラズマへの窒素添加による堆積膜成長および水素同位体吸 (2016)
  • Author(s): 加藤拓郎、山崎嵩朗、上杉喜彦、田中康規、石島達夫
  • Organizer: 第11回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2016-07-14
• [Presentation] Study of Nitrogen Scavenger Effects on Hydrogenated Carbon Film Deposition and Hydrogen Isotope Absorption in the Remote Fusion Plasmas (2016)
  • Author(s): T. Takaaki Yamazaki, Y. Uesugi, T. Kato, Y. Tanaka, T. Ishijima, D. Nishijima
  • Organizer: International Conference of Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • Place of Presentation: Rome
  • Year and Date: 2016-05-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザー誘起ブレイクダウン分光法(LIBS)を用いた重水素化炭素堆積膜の組成評価および水素同位体吸蔵量の計測 (2015)
  • Author(s): 山崎嵩朗、加藤拓郎、上杉喜彦、田中康規、石島達夫、西島大輔
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 第32回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-11-24
• [Presentation] 低温水素/炭素混合プラズマへの窒素添加による堆積膜成長および水素同位体吸蔵の抑制 (2015)
  • Author(s): 加藤拓郎、山崎嵩朗、水上 愛、上杉喜彦、田中康規、石島達夫
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第32回 年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-11-24
• [Presentation] 重水素 / 炭素混合プラズマへの窒素添加による炭素膜成長と重水素吸蔵の抑制 (2015)
  • Author(s): 加藤拓郎、山崎嵩朗、水上 愛、上杉喜彦、田中康規、石島達夫
  • Organizer: 電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 窒素添加による重水素化炭素膜中の重水素吸蔵抑制 (2014)
  • Author(s): 飯田和也，野谷昌弘，上杉 喜 彦，田中 康規，石島 達夫
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] 非平衡極限プラズマ：高速スイッチング機能を有するSIDACを用いて生成される誘電体バリア放電の動的挙動の解析 (2014)
  • Author(s): 上杉喜彦，平良優介，田中康規，石島達夫
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] 重水素化ベンゼンC6D6を用いた重水素プラズマ中への炭素不純物供給実験 (2014)
  • Author(s): 野谷昌弘，飯田和也，上杉 喜 彦，田中 康規，石島 達夫
  • Organizer: Plasma Conference 2014
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] 窒素添加による炭素堆積膜中の水素同位体吸蔵量抑制に対する窒素量依存性 (2014)
  • Author(s): 飯田和也、野谷昌弘、上杉喜彦、田中康規、石島達夫
  • Organizer: 第10回 核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] Suppression of hydrogenated carbon film deposition and hydrogen isotope retention by nitrogen addition into cold remote H/D and CH4 mixture plasmas (2014)
  • Author(s): K. Iida, M. Notani, Y. Uesugi, Y. Tanaka, T. Ishijima
  • Organizer: 21th International Conference on Plasma Surface Interactions 2014(PSI2014)
  • Place of Presentation: 金沢市
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-30
• [Presentation] 窒素／炭素を含む低温反応性プラズマを用いた水素同位体吸蔵の制御 (2014)
  • Author(s): 上杉喜彦
  • Organizer: プラズマ流の基礎と応用に関する研究会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 水素化炭素膜堆積後の希ガスプラズマによる水素脱離実験 (2014)
  • Author(s): 野谷昌弘、佐々木彩、飯田和也、上杉喜彦、田中康規、石島達夫、増崎貴
  • Organizer: 平成26年電気学会全国大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] 水素化炭素膜へのアルゴン窒素混合プラズマ照射時の気相・表面反応の検討 (2014)
  • Author(s): 飯田和也、野谷昌弘、佐々木彩、上杉喜彦、田中康規、石島達夫、増崎貴
  • Organizer: 平成26年電気学会全国大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] 低温水素・炭素・窒素混合プラズマ系における炭素膜堆積と水素同位体吸蔵制御について (2013)
  • Author(s): 上杉喜彦
  • Organizer: 第29回九州・山口プラズマ研究会
  • Place of Presentation: クレドホテル臼杵
  • Invited
• [Presentation] Study on Erosion Processes of Hot Molten Cathode in the Stabilized Arc Plasmas (2013)
  • Author(s): Y. Uesugi, T. Ito, N. Takata, Y. Tanaka, T. Ishijima, Y. Yamaguchi
  • Organizer: 9th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • Place of Presentation: Hilton hotel, Gyeongju, Korea
• [Presentation] Effects of nitrogen injection on carbon film growth in low temperature hydrogen or deuterium plasmas with methane (2013)
  • Author(s): A. Sasaki, K. Iida, M. Notani, Y. Uesugi, Y. Tanaka, T. Ishijima, S. Masuzaki
  • Organizer: 9th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • Place of Presentation: Hilton hotel, Gyeongju, Korea
• [Presentation] メタンを含んだ低温水素 / 重水素プラズマ中における炭素膜生 成に窒素が及ぼす影響 (2013)
  • Author(s): 佐々木彩、飯田和也、野谷昌弘、上杉喜彦、田中康規、石島達夫、増崎貴
  • Organizer: 第3回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [Presentation] Study on Erosion Processes of Hot Molten Cathode in the Stabilized Arc Plasmas (2013)
  • Author(s): Y. Uesugi
  • Organizer: Japan-Korea Workshop on Anomalies in Plasma Science and Plasma Diagnostics
  • Place of Presentation: Dong-A University, Busan, Korea
  • Invited