核融合プラズマ対向材料としてのベリリウムの特性評価

• 研究課題/領域番号: 17H03511
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 島根大学
• 研究代表者: 宮本 光貴 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (80379693)
• 研究分担者: 金 宰煥 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 ブランケット研究開発部, 主任研究員(定常) (80613611) ; 時谷 政行 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30455208)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2017年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: プラズマ・壁相互作用 / 照射損傷 / ベリリウム / 電子顕微鏡

研究成果の概要

現在建設が進む国際熱核融合実験炉(ITER)では，プラズマ対向材料としてベリリウムの使用が予定されておりが，ベリリウムに関しては，その取り扱い上の問題もあり，プラズマ表面相互作用(PSI)に関する実験的研究が遅れている．本研究では，これまでの科研費研究(若手研究(A))で培ったベリリウム含有試料の取り扱い技術やベリリウム堆積薄膜の特性評価の取り組みを発展させ，プラズマ対向材料としてのベリリウムの表面特性を評価した．特に，PSI で問題となる水素同位体挙動を定量的に評価するとともに，原子レベルでの組織観察を行い，微視的観点から現象のメカニズムを解明した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

核融合プラズマ対向材料としてのベリリウムに関連した系統的な研究は，世界的に見てもほとんど行われておらず，特に，照射材の微細組織観察の例は少なく，国内で十分な加工がおこなえる施設は量子科学技術研究開発機構の青森県六ヶ所サイトのみであった．本研究は，十分な安全対策のもと，ベリリウム試料の薄膜化加工を行い，材料の水素吸蔵メカニズムをナノレベルから解明することを目指した他に類を見ない研究を行った．現在建設中のITER ではベリリウムが使用される予定であるが，本研究を通して得られた成果から，材料の劣化程度や寿命の予測，さらに最適化された使用条件の提案に貢献できると考えられる．

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエ ゴ校(米国)
• [国際共同研究] 欧州原子力共同体(英国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエ ゴ校(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)
• [雑誌論文] Surface morphology of the bulk tungsten divertor tiles from JET ITER-like wall (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokitani M、Miyamoto M、Masuzaki S、Hatano Y、Lee S E、Oya Y、Otsuka T、Oyaidzu M、Kurotaki H、Suzuki T、Hamaguchi D、Hayashi T、Asakura N、Widdowson A、Jachmich S、Rubel M、JET Contributors
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T171 ページ: 014010-014010
  • DOI: 10.1088/1402-4896/ab3d09
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Compatibility of advanced tritium breeders and neutron multipliers (2020)
  • 著者名/発表者名: Jae-Hwan Kim, Masaru Nakamichi
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 156 ページ: 111581-111581
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2020.111581
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of heavier impurity deposition on surface morphology development and sputtering behavior explored in multiple linear plasma devices (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishijima D.、Kreter A.、Baldwin M.J.、Borodin D.、Eksaeva A.、Hwangbo D.、Kajita S.、Miyamoto M.、Ohno N.、Patino M.、Pospieszczyk A.、Rasinski M.、Schlummer T.、Terra A.、Doerner R.P.
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 18 ページ: 67-71
  • DOI: 10.1016/j.nme.2018.12.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic behavior of helium bubbles at high temperature in Si studied by in situ TEM, STEM-EELS, and TDS (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono K.、Miyamoto M.、Kurata H.、Haruta M.、Yatomi A.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 126 号: 13 ページ: 135104-135104
  • DOI: 10.1063/1.5118684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle balance investigation with the combination of hydrogen barrier model and rate equations of hydrogen state in long duration discharges on all-metal plasma facing wall QUEST (2019)
  • 著者名/発表者名: K.Hanada,N.Yoshida,M.Hasegawa,H.Idei,Y.Nagashima,K.Nakamura,T.Onchi,O.Watanabe,H.Watanabe,K.Tokunaga,A.Higashijima,S.Kawasaki,T.Nagata,S.Shimagukuro,A.Hatayama,K.Okamoto,I.Takagi,T.Hirata,T.Shikama,S.Murakami,H.Long,Z.X.Wang,Y.Oya,S.Kojima,K.Gaku,M.Oya,M.Miyamoto,Y.Oya,T.Takase,X.Gao,H.Liu,J.Qian,R.aman,M.Ono
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 投稿中 号: 7 ページ: 076007-076007
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ab1858
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of grain size on the sinterability and reactivity of vanadium-beryllium intermetallic compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: Kim Jae-Hwan、Nakamichi Masaru
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 144 ページ: 93-96
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2019.04.081
• [雑誌論文] Characterization of modified Be13Zr beryllide pebbles as advanced neutron multipliers (2019)
  • 著者名/発表者名: Kim Jae-Hwan、Nakamichi Masaru
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 146 ページ: 2608-2612
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2019.04.054
• [雑誌論文] Plasma-wall interaction on the divertor tiles of JET ITER-like wall from the viewpoint of micro/nanoscopic observations (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Tokitani , M. Miyamoto, S. Masuzaki, R. Sakamoto, Y. Oya, Y. Hatano, T. Otsuka, M. Oyaidzu, H. Kurotaki, T. Suzuki, D. Hamaguchi, K. Isobe, N. Asakura, A. Widdowson, K. Heinola, M. Rubel, JET Contributors
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 136 ページ: 199-204
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2018.01.051
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal stability and evolution of microstructures induced by He irradiation in W-TiC alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Q. Xu, X.Y. Ding, L.M. Luo, M. Miyamoto, M. Tokitani, J. Zhang, Y.C. Wu
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 15 ページ: 76-79
  • DOI: 10.1016/j.nme.2018.02.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of plasma sintering on densification and oxygen content of beryllium powder (2018)
  • 著者名/発表者名: Petr Kurinskiy, Jae-Hwan Kim, Masaru Nakamichi
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 17 ページ: 206-210
  • DOI: 10.1016/j.nme.2018.11.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deuterium retention and desorption properties of ternary beryllide pebbles as advanced neutron multipliers (2017)
  • 著者名/発表者名: Jae-Hwan Kim, Mitsutaka Miyamoto, Masaru Nakamichi
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 125 ページ: 541-544
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.04.037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Laser-induced breakdown spectroscopy thickness measurements of films thinner than ablation rate (2017)
  • 著者名/発表者名: D.Nishijima, R.P.Doerner, E.M.Hollmann, M.Miyamoto
  • 雑誌名: Spectrochimica Acta Part B 巻: 136 ページ: 34-38
  • DOI: 10.1016/j.sab.2017.08.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] JET-ILW実験で使用されたWダイバータタイルおよびBeリミタタイルの微細構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 時谷政行，宮本光貴，増崎 貴，波多野雄治，大矢恭久，大塚哲平，濱口 大，黒滝宏紀，小柳津誠，鈴木卓美，鈴木達也，磯部兼嗣，林 巧，朝倉伸幸，Anna Widdowson，Stefan Jachmich，Marek Rubel
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [学会発表] ベリリウムの水素・ヘリウム保持特性に与える高温照射の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉本有隆， 原 一智，中道 勝，金 宰煥 ， 宮本光貴
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [学会発表] 水素・ヘリウムを高温照射した先進中性子増倍材料の微細組織と水素保持特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹本健太郎 , 金 宰煥 , 中道 勝 , 宮本光貴
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [学会発表] F82Hにおけるヘリウムバブルの動的挙動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 芦沢京祐，橋口昌治，杉本有隆，渡辺淑之，宮本光貴
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [学会発表] Formation and migration of helium bubbles in Reduced Activation Ferritic/Martensitic Steel F82H (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsutaka Miyamoto, Masaharu Hashiguchi, Yutaka Sugimoto, Yoshiyuki Watanabe
  • 学会等名: 19th International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Deuterium and helium desorption behavior and microstructure evolution in beryllium during annealing (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugimoto, M. Miyamoto, M. Nakamichi, J. Kim, H. Kurata, M. Haruta
  • 学会等名: 19th International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 国際学会
• [学会発表] R&Ds on Vanadium Beryllides as an advanced neutron multipliers for DEMO Fusion applications (2019)
  • 著者名/発表者名: 金 宰煥, Masaru Nakamichi
  • 学会等名: 第14回ベリリウム技術国際ワークショップ
  • 国際学会
• [学会発表] Compatibility of advanced tritium breeders and neutron multipliers (2019)
  • 著者名/発表者名: Jaehwan Kim, Masaru Nakamichi
  • 学会等名: 14th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
  • 国際学会
• [学会発表] CURRENT STATE AND STABLY SECURING OF BERYLLIUYM RESOURCE FOR FUSION BLANKETS (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaru Nakamichi, Jaehwan Kim
  • 学会等名: 19th International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hydrogen isotope retention and release properties of beryllium intermetallic compounds as advanced neutron multipliers for fusion applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Jae-Hwan Kim, Mitsutaka Miyamoto, Masaru Nakamichi
  • 学会等名: 12th International Conference on Tritium Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] 高密度プラズマ照射したBeタイルの微細組織と水素保持特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本光貴，西島大輔，M.J. Baldwin，R.P. Doerner
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] 昇温時におけるベリリウム中の重水素及びヘリウムの脱離挙動と微細組織変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉本有隆，宮本光貴，中道 勝，金 宰煥，倉田博基， 治田充貴
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Deuterium retention properties of beryllium intermetallic compounds (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaru Nakamichi, Mitsutaka Miyamoto, Norihiro Murayoshi, Hirotomo Iwakiri, Jae-Hwan Kim
  • 学会等名: The Nuclear Materials Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ベリリウムにおける重水素およびヘリウム放出挙動のその場観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉本有隆，宮本光貴，中道 勝，金 宰煥，倉田博基，治田充貴
  • 学会等名: 第35回 プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] ベリリウムにおける重水素およびヘリウム放出挙動のその場観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田伊久間，杉本有隆，宮本光貴
  • 学会等名: 第35回 プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] Surface property of tungsten exposed to beryllium containing high density plasma in PISCES (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Miyamoto, D. Nishijima, M.J. Baldwin and R.P. Doerner
  • 学会等名: 13th International Workshop on Beryllium Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Deuterium and helium retention properties in beryllium irradiated with low energy ions (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugimoto, M. Miyamoto, Jae-Hwan Kim and M. Nakamichi
  • 学会等名: 13th International Workshop on Beryllium Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of Helium Irradiation on Hydrogen Retention Behavior in Beryllide Pebbles (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Miyamoto, Y. Fujii, Y. Sugimoto, H. Iwakiri, J. Kim, M. Nakamichi
  • 学会等名: 18th International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 昇温時におけるベリリウム中の重水素及びヘリウムの脱離挙動と微細組織変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉本有隆, 宮本光貴, 中道勝, 金宰煥, 倉田博基, 治田充貴
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] ベリライドの水素保持特性に与えるヘリウム照射の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本光貴, 藤井悠太, 杉本有隆, 岩切宏友, 金宰煥, 中道勝
  • 学会等名: Plasma Conference 2017