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中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 14J00839
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 核融合学
研究機関大阪大学

研究代表者

大宅 諒  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード核融合炉壁材料 / プラズマ壁相互作用 / タングステン / 中性子照射影響 / 水素同位体吸蔵 / 核融合炉材料 / 炉壁材料 / 熱負荷応答特性
研究実績の概要

研究課題「中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発」の達成のために、主にメカニズムの解明と材料評価を行った。具体的には、先進タングステン材料の水素同位体吸蔵特性とその中性子照射影響を調べる研究を行った。
先進タングステン材料として、TFGRタングステン(Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten)を使用し、その水素同位体吸蔵特性を調べる研究を行った。その結果、従来のタングステン材料と比べてTFGRタングステン中の水素同位体吸蔵量は多く、それは微細組織(微結晶性と添加物含有)が強い影響を与えていることが分かった。また、TMAP7コードにより、実験炉ITERで核融合炉壁材料にTFGRタングステンを使用した場合のトリチウム蓄積量を評価するシミュレーションも行った。その結果、純タングステンよりもトリチウム蓄積量は多いものの、安全制限値には及ばないことが分かった。
また、中性子照射影響を調べる実験も行った。本研究では、中性子照射を模擬するために、鉄イオン照射を行った。鉄イオン照射によりタングステン材料中の水素同位体吸蔵量は増加することが示され、材料内部の微視的欠陥の増加が影響していると考えられる。また、その吸蔵量の増加はTFGRタングステンの方が純タングステンよりも少ないことが示されたが、それはTFGRタングステンの微結晶性が微視的欠陥の形成を抑制しているからだと考えられる。このことから、TFGRタングステンを核融合炉壁材料として使用した場合、中性子照射によるトリチウム蓄積量の増大は大きな問題にならない可能性がある。
材料開発まで至らなかったが、本研究の成果から、中性子照射によるトリチウム吸蔵量の増加を抑えたタングステン材料として、TFGRタングステンは非常に優位な材料であることを示すことができた。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of periodic deuterium ion irradiation on deuterium retention and blistering in Tungsten2017

    • 著者名/発表者名
      M. Oya, H.T. Lee, A. Hara, K. Ibano, M. Oyaidzu, T. Hayashi, Y. Ueda
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 印刷中 ページ: 674-677

    • DOI

      10.1016/j.nme.2017.03.022

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Erosion and morphology changes of F82H steel under simultaneous hydrogen and helium irradiation2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yakushiji, H.T. Lee, M. Oya, M. Tokitani, A. Sagara, Y. Hamaji, K. Uenishi, K. Ibano, Y. Ueda
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: - ページ: 356-359

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2017.03.045

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of helium on deuterium retention in reduced activation ferritic martensitic steel (F82H) under simultaneous deuterium and helium irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      K. Yakushiji, H.T. Lee, M. Oya, Y. Hamaji, K. Ibano, and Y. Ueda
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: T167 ページ: 014067-014067

    • DOI

      10.1088/0031-8949/t167/1/014067

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface morphology changes and deuterium retention in Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten under high-flux irradiation conditions2015

    • 著者名/発表者名
      M.Oya, H.T.Lee, Y.Ueda, H.Kurishita, M.Oyaidzu, T.Hayashi, N.Yoshida, T.W.Morgan, G.De.Temmerman
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 印刷中 ページ: 1037-1040

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2014.11.124

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Deuterium retention and melting behavior in Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten2016

    • 著者名/発表者名
      M. Oya, H.T. Lee, K. Ibano, H. Kurishita, M. Oyaidzu, T. Hayashi, T.W. Morgan, G. De Temmerman, J.W. Coenen, A. Kreter, Y. Ueda
    • 学会等名
      26th IAEA Fusion Energy Conference
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center, Kyoto
    • 年月日
      2016-10-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 照射回数の変化がタングステン中の水素同位体挙動に与える影響2016

    • 著者名/発表者名
      大宅諒, Lee Heun Tae, 伊庭野健造, 上田良夫, 小栁津誠, 林巧
    • 学会等名
      第11回核融合エネルギー連合講演会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス椎木講堂
    • 年月日
      2016-07-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Effect of irradiation cycle number on Deuterium retention and blistering in Tungsten2016

    • 著者名/発表者名
      M. Oya, H.T. Lee, A. Hara, K. Ibano, M. Oyaidzu, T. Hayashi, Y. Ueda
    • 学会等名
      21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
    • 発表場所
      Pontificia Universita Urbaniana, Rome, Italy
    • 年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微量含有元素がTFGRタングステン中の表面形態変化及び水素同位体挙動に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      大宅諒, H.T. Lee, 伊庭野健造, 上田良夫, 栗下裕明, 宮本光貴, 西島大輔, R.P. Doerner
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 重水素照射および重水素・ヘリウム同時照射時における低放射化フェライト鋼F82Hの表面形態の変化とスパッタリング率, 水素同位体吸蔵に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      薬師寺高輝, 大宅諒, H.T. Lee, 伊庭野健造, 上田良夫
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 水素同位体イオン・ヘリウム同時照射された低放射化フェライト鋼(F82H)の表面形態の変化2015

    • 著者名/発表者名
      大宅諒, 薬師寺高輝, 伊庭野健造, 上田良夫, 時谷政行, 相良明男, H.T. Lee
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] イオン損傷タングステン中における水素同位体挙動2015

    • 著者名/発表者名
      上畑和樹, 上田良夫, Lee Heun Tae, 伊庭野健造, 大宅諒, 山根貴大, 原綾音
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 高熱負荷によって溶融したタングステンの表面特性2015

    • 著者名/発表者名
      浜地志憲, 時谷政行, 坂本隆一, 大宅諒, Lee Heun Tae, 上田良夫, 相良明男
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第32回年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Helium Pre-implantation Effect on Deuterium Retention in ion-damaged Tungsten2015

    • 著者名/発表者名
      M. Oya, C.N. Taylor, M. Shimada, Y. Hamaji, Y. Nobuta, Y. Yamauchi, Y. Oya, Y. Hatano, Y. Ueda
    • 学会等名
      17th International Conference on Fusion Reactor Materials
    • 発表場所
      Eurogress (ドイツ・アーヘン)
    • 年月日
      2015-10-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Helium Retention in Reduced Activation Ferriticmartensitic Steel (F82H) under Simultaneous Deuterium and Helium Irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yakushiji, H.T. Lee, M. Oya, Y. Hamaji, K. Ibano, Y. Ueda
    • 学会等名
      15th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • 発表場所
      Centre de Congres (フランス・エクサンプロヴァンス)
    • 年月日
      2015-05-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluence and Temperature Dependence of Helium Retention in Graphite Materials2015

    • 著者名/発表者名
      M. Oya, H.T. Lee, K. Ibano, Y. Ueda, G. Motojima, M. Tokitani, S. Masuzaki
    • 学会等名
      5th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • 発表場所
      Centre de Congres (フランス・エクサンプロヴァンス)
    • 年月日
      2015-05-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] TEXTORプラズマ曝露させたTFGRタングステンの溶融・凝固層の解析2014

    • 著者名/発表者名
      大宅諒, 伊庭野健造, Lee Heun Tae, 上田良夫, 栗下裕明, Jan Willem Coenen, Arkadi Kreter
    • 学会等名
      Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県)
    • 年月日
      2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Analysis on Solidified Surface of Melted Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten Exposed to TEXTOR Edge Plasma2014

    • 著者名/発表者名
      M. Oya, Y. Ueda, H. Kurishita, J.W. Coenen, A. Kreter
    • 学会等名
      21st Topical Meeting on the Technology of Fusin Energy
    • 発表場所
      Disneyland Hotel (Anaheim, USA)
    • 年月日
      2014-11-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] TEXTORプラズマ曝露で損耗・溶融させたTFGRタングステンの表面解析2014

    • 著者名/発表者名
      大宅諒, Lee Heun Tae, 上田良夫, 栗下裕明
    • 学会等名
      第10回核融合エネルギー連合講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県)
    • 年月日
      2014-06-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Surface morphology changes and deuterium retention in toughened, fine-grained recrystallized tungsten under high-flux irradiation conditions2014

    • 著者名/発表者名
      M.Oya, H.T.Lee, Y.Ueda, H.Kurishita, M.Oyaidzu, T.Hayashi, T.W.Morgan, G.De.Temmerman
    • 学会等名
      21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
    • 発表場所
      石川県立音楽堂(石川県)
    • 年月日
      2014-05-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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