核融合炉のためのZnO結晶を用いた高耐久性計測窓の開発と評価

• 研究課題/領域番号: 15K18304
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山ノ井 航平 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (30722813)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 放射線損傷 / 光学材料 / 核融合 / 原子炉 / ZnO / 窓材料

研究成果の概要

ITERを始めとする核融合炉においては燃料プラズマの計測のために、様々な波長範囲での計測が行われ、その計測のための窓となる透明材料が必須である。しかし、現状は放射線耐性という観点から透明材料を系統別に評価をおこなった例は極めて少ない。そこで本研究では強い放射線がある中でのモニター技術の確立に貢献するため、放射線に強い材料、もしくは繰り返し使用できる材料の開発を目的としてZnO結晶に注目し、放射線耐久評価を行った。核融合の燃料を想定したイオンの照射、ガンマ線の照射による損傷を明らかにし、既存の窓材料候補であるサファイアと比較し、その有用性を示した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Philippine(フィリピン)
• [国際共同研究] VAST/IOP(ベトナム)
• [国際共同研究] Nakhon Pathom Rajabhat University(Thailand)
• [国際共同研究] University of Philippines(Philippines)
• [雑誌論文] Two-step fabrication of ZnO-PVP composites with tunable visible emissions (2018)
  • 著者名/発表者名: Agulto Verdad C.、Empizo Melvin John F.、Kawano Keisuke、Minami Yuki、Yamanoi Kohei、Sarukura Nobuhiko、Yago Allan Christopher C.、Sarmago Roland V.
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 76 ページ: 317-322
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2017.12.048
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical damage assessment and recovery investigation of hydrogen-ion and deuterium-ion plasma-irradiated bulk ZnO single crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: M. F. Empizo, K Yamanoi, K Mori, K. Iwano, Y. Iwasa, Y. Minami, R. Arita, K. Fukuda, K. Takano, T. Shimizu, M. Nakajima, M. Yoshimura, N. Sarukura, T. Norimatsu, M. Hangyo, H. Azechi, T. Fukuda, B. G. Singidas, R. V. Sarmago, M. Oya, and Y. Ueda
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 121 号: 17 ページ: 175102-175102
  • DOI: 10.1063/1.4982346
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strong yellow emission of high-conductivity bulk ZnO single crystals irradiated with high-power gyrotron beam (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kato, H. Qiu, E. M. Khutoryan, Y. Tatematsu, M. Tani,T. Idehara, Y. Yamaguchi, M. Fukunari, Y. Maeda, K. Takayama,Y. Minami, M. F. Empizo, T. Kurihara, K. Yamanoi, T. Shimizu, K. Takano, N. Sarukura, T. Fukuda, M. Yoshimura, and M. Nakajima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 111 号: 3 ページ: 031108-031108
  • DOI: 10.1063/1.4994316
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural and optical characterization and scintillator application of hydrothermal-grown ZnO microrods (2017)
  • 著者名/発表者名: Empizo Melvin John F.、Santos-Putungan Alexandra B.、Yamanoi Kohei、Salazar Hernanie T.、Anguluan Eloise P.、Mori Kazuyuki、Arita Ren、Minami Yuki、Luong Mui Viet、Shimizu Toshihiko、Estacio Elmer S.、Somintac Armando S.、Salvador Arnel A.、Sarmago Roland V.、Fukuda Tsuguo、Sarukura Nobuhiko
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 65 ページ: 82-87
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2016.09.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical transmittance investigation of 1-keV ion-irradiated sapphire crystals aspotential VUV to NIR window materials of fusion reactors (2016)
  • 著者名/発表者名: K.Iwano, et al.,
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 6 号: 10 ページ: 105108-105108
  • DOI: 10.1063/1.4965927
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ZnO crystal as a potential damage-recoverable window material for fusion reactors (2016)
  • 著者名/発表者名: K.Yamanoi, et al.,
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 62 ページ: 646-650
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2016.10.058
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intense and fast UV emitting ZnO microrods fabricated by low temperature aqueous chemical growth method (2016)
  • 著者名/発表者名: Alexandra B. Santos-Putungan, Melvin John F. Empizo, Kohei Yamanoi, Ray M. Vargas, Ren Arita, Yuki Minami, Toshihiko Shimizu, Arnel A. Salvador, Roland V. Sarmago, Nobuhiko Sarukura
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 169 ページ: 216-219
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2015.08.079
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Blue-shifted and picosecond amplified UV emission from aqueous chemical grown ZnO microrods (2015)
  • 著者名/発表者名: Melvin John F. Empizo, Kohei Yamanoi, Alexandra B. Santos-Putungan, Ren Arita, Yuki Minami, Mui Viet Luong, Toshihiko Shimizu, Elmer S. Estacio, Armando S. Somintac, Arnel A. Salvador, Roland V. Sarmago, Nobuhiko Sarukura
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 48 ページ: 179-184
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2015.07.041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gamma-ray irradiation effects on the optical properties of bulk ZnO single crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Melvin John F. Empizo, Kohei Yamanoi, Kazuyuki Mori, Ren Arita, Keisuke Iwano, Masahiro Takabatake, Kazuhito Fukuda, Tatsuhiro Hori, Yuki Minami, Mui Viet Luong, Sadaoki Kojima, Yasunobu Arikawa, Toshihiko Shimizu, Nobuhiko Sarukura, Takayoshi Norimatsu, Hiroshi Azechi, Arnel A. Salvador, Roland V. Sarmago
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 8 号: 6 ページ: 061101-061101
  • DOI: 10.7567/apex.8.061101
  • NAID: 210000137524
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] GAMMA-RAY RADIATION RESISTANCE AND IMPROVED EMISSION LIFETIMES OFHYDROTHERMAL-GROWTH BULK ZnO SINGLE CRYSTALS (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Sarukura
  • 学会等名: 7th International Symposium on Optical Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optical characterization of fluoride glass as fast-response scintillator (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Yamanoi
  • 学会等名: The First Materials Research Society of Thailand International Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of 1 keV ion bombardment on the optical characteristics of sapphire in VUV region (2015)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Iwano
  • 学会等名: International Conference on Small Science 2015
  • 発表場所: Thailand
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Radiation Resistance and Improved Response Times of ZnO Scintillator after Gamma-Ray Irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohei Yamanoi
  • 学会等名: International Conference on Small Science 2015
  • 発表場所: Thailand
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会 / 招待講演