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金属ナノ構造上で誘起されるアークプラズマの特性およびナノ構造の損耗に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17J05670
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

皇甫 度均  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードアーク / 核融合 / ナノ構造 / ヘリウムプラズマ / タングステン / ダイバータ / ステラレータ / アークプラズマ / プラズマ材料相互作用
研究実績の概要

1. Nano-tendril bundles(NTBs)構造の電界電子放出およびブレークダウン特性の評価:電界電子放出による電流変化はNTBsの形状や高さに依存し、数MV/mでブレークダウンが始まることを明らかにした。ブレークダウン後、NTBsの一部は完全に破壊されており、熱電界電子放出によるジュール加熱が原因であることが分かった。また、NTBが形成されたタングステン試料において過渡的熱負荷の印加が無くても自発的に誘起するアーキング現象が発見され、NTBsの電界電子放出の増大がアーキング誘起を容易にすることが示唆された。
2.磁場と垂直な表面上におけるアークプラズマの運動と分光計測:磁場と垂直な平面上で100に及ぶアークスポットが同時発生することを示し、そのミクロ運動はランダムである一方、マクロには拡散運動することを示した。また、基盤のナノ構造厚みによりスポット数、運動速度が変化することを明らかにした。一方、アークプラズマの分光計測によりアークプラズマの電子温度および電子密度を評価した。電子温度はナノ構造厚みを逆相関関係にあるのに対し、電子密度は正の相関をしました。サハーボルツマン方程式より、ナノ構造厚みが増すほどアークプラズマ中にW中性粒子の割合が増加し、電子温度の減少に寄与したことが示唆された。
3.大型核融合実験装置W7-Xにおけるアーク痕観察:ドイツの環状ステラレータW7-X内部調査を行い、プラズマ対向壁およびその基盤の表面上で発生したアーク痕を統計的に分析した。その結果、アーク痕のほとんどは主プラズマ運転の間に行うグロー放電洗浄時に発生したことが示唆された。一方、アーク痕は主としてプラズマ対向壁モジュールの縁や表面上に点在する堆積層から誘起された。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 13件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 8件)

  • [国際共同研究] University of California San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Max-Planck Institute for Plasma Physics(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Lebedev Physical Institute/Prokhorov General Physics Institute/Moscow Engineering Physics Institute(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Liverpool(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] UC San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Lebedev Physical Institute/Prokhorov General Physics Institute(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Center for Energy Research/University of California San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Inspection of Arc Trails Formed in Stellarator/Heliotron Devices W7-X and LHD2020

    • 著者名/発表者名
      HWANGBO Dogyun、KAJITA Shin、DHARD Chandra Prakash、TOKITANI Masayuki、KRAUSE Marco、NAUJOKS Dirk、MASUZAKI Suguru、KLOSE S?ren、OHNO Noriyasu、The W7-X Team
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 15 号: 0 ページ: 2402012-2402012

    • DOI

      10.1585/pfr.15.2402012

    • NAID

      130007840524

    • ISSN
      1880-6821
    • 年月日
      2020-03-27
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced fuzzy tungsten growth in the presence of tungsten deposition2020

    • 著者名/発表者名
      McCarthy Patrick、Hwangbo Dogyun、Bilton Matthew、Kajita Shin、Bradley James W.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 60 号: 2 ページ: 026012-026012

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab6060

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of the changes in the parameters of the arc plasma during the destruction of a helium-induced tungsten fuzz by arc pulses2020

    • 著者名/発表者名
      Barengolts S.A.、Hwangbo D.、Kajita S.、Ohno N.、Frolova V.P.、Nikolaev A.G.、Oks E.M.、Shmelev D.L.、Tsventoukh M.M.、Yushkov G. Yu
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 60 号: 4 ページ: 044001-044001

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab73c3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Inspection of W 7-X plasma-facing components after the operation phase OP1.2b: observations and first assessments2020

    • 著者名/発表者名
      Dhard C P、?k?slompolo S、Balden M、Baldzuhn J、Biedermann C、Br?uer T、Brezinsek S、Endler M、Hayashi Y、Hwangbo D、Kajita S、Krause M、Kornejew P、Masuzaki S、Mayer M、Motojima G、Naujoks D、Otte M、Rohde V、the W7-X Team
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: T171 ページ: 014033-014033

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ab4b3f

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Helium irradiation effects on the surface modification and recrystallization of tungsten2020

    • 著者名/発表者名
      Khan A、De Temmerman G、Kajita S、Greuner H、Balden M、Hunger K、Ohno N、Hwangbo D、Tomita Y、Tokitani M、Nagata D、Yajima M
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: T171 ページ: 014050-014050

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ab52c6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ignition and Behavior of Arc Spots on Helium Irradiated Tungsten Under Fusion Relevant Condition2019

    • 著者名/発表者名
      Kajita Shin、Hwangbo Dogyun、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 47 号: 8 ページ: 3609-3616

    • DOI

      10.1109/tps.2019.2908193

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ignition and Sustainment of Arcing on Nanostructured Tungsten Under Plasma Exposure2019

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun、Nishijima Daisuke、Kajita Shin、Doerner Russell P.、Barengolts Sergey A.、Tsventoukh Mikhail M.、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 47 号: 8 ページ: 3617-3625

    • DOI

      10.1109/tps.2019.2910839

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Field Emission From Nanostructured Tendril Bundles2019

    • 著者名/発表者名
      Sinelnikov Dmitry、Bulgadaryan Daniel、Hwangbo Dogyun、Kajita Shin、Kurnaev Valery、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 47 号: 11 ページ: 5186-5190

    • DOI

      10.1109/tps.2019.2942725

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth process of nano-tendril bundles with sputtered tungsten2019

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun、Kajita Shin、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 18 ページ: 250-257

    • DOI

      10.1016/j.nme.2019.01.008

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ignition and Sustainment of Arcing on Nanostructured Tungsten under Plasma Exposure2019

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun、Nishijima Daisuke、Kajita Shin、Russell P. Doerner、Sergey A. Barengolts、Mikhail M. Tsventoukh、Tanaka Hirohiko、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ignition and erosion of materials by arcing in fusion-relevant conditions2018

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun、Kajita Shin、Barengolts Sergey A.、Tsventoukh Mikhail M.、Kawaguchi Shota、Mesyats Vadim G.、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Contributions to Plasma Physics

      巻: 58 号: 6-8 ページ: 608-615

    • DOI

      10.1002/ctpp.201700157

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth of nano-tendril bundles on tungsten with impurity-rich He plasmas2018

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun、Kajita Shin、Ohno Noriyasu、McCarthy Patrick、Bradley James W.、Tanaka Hirohiko
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 58 号: 9 ページ: 096022-096022

    • DOI

      10.1088/1741-4326/aacd1f

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of the Nanostructured Layer Thickness on the Dynamics of Cathode Spots on Tungsten2018

    • 著者名/発表者名
      Barengolts Sergey A.、Mesyats Vadim G.、Tsventoukh Mikhail M.、Kajita Shin、Hwangbo Dogyun、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 46 号: 11 ページ: 4044-4050

    • DOI

      10.1109/tps.2018.2859953

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pulsation Effects of Incident Ion Energy on W Fuzz Growth2018

    • 著者名/発表者名
      KAJITA Shin、KAWAGUCHI Shota、HWANGBO Dogyun、TANAKA Hirohiko、OHNO Noriyasu
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 13 号: 0 ページ: 1205001-1205001

    • DOI

      10.1585/pfr.13.1205001

    • NAID

      130006434144

    • ISSN
      1880-6821
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field Emission From Metal Surfaces Irradiated With Helium Plasmas2017

    • 著者名/発表者名
      Dogyun Hwangbo, Shin Kajita, Noriyasu Ohno, Dmitry Sinelnikov
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 45 号: 8 ページ: 2080-2086

    • DOI

      10.1109/tps.2017.2679211

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Erosion of nanostructured tungsten by laser ablation, sputtering and arcing2017

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun、Kawaguchi Shota、Kajita Shin、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 12 ページ: 386-391

    • DOI

      10.1016/j.nme.2017.03.004

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Arc behavior on tungsten nanostructure under helium plasma exposure2019

    • 著者名/発表者名
      D. Hwangbo, D. Nishijima, S. Kajita, R.P. Doerner, H. Tanaka and N. Ohno
    • 学会等名
      34th International Conference on Phenomena in ionized Gases
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inspection of arc trails formed in stellarator/heliotron devices W7-X and LHD2019

    • 著者名/発表者名
      D. Hwangbo, S. Kajita, C. P. Dhard, M. Tokitani, M. Krause, D. Naujoks, S. Masuzaki, N. Ohno, S. Klose and The W7-X team
    • 学会等名
      The 28th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヘリウム照射ナノ構造タングステン上でのアークの運動計測2019

    • 著者名/発表者名
      皇甫度均、西島大輔、梶田信、R.P. Doerner、田中宏彦、大野哲靖
    • 学会等名
      第36回プラズマ・核融合学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 不純物添加ヘリウムプラズマ照射によるタングステンnano-tendril bundlesの生成2018

    • 著者名/発表者名
      皇甫度均
    • 学会等名
      第35回プラズマ・核融合学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Growth process of nano-tendril bundles with sputtered tungsten2018

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun
    • 学会等名
      23rd International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ignition and sustainment of arcing on nanostructured tungsten under plasma exposure2018

    • 著者名/発表者名
      Hwangbo Dogyun
    • 学会等名
      28th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ignition and sustainment of arcing on nanostructured tungsten with ambient plasma exposure2018

    • 著者名/発表者名
      Dogyun Hwangbo, Daisuke Nishijima, Sergey A. Barengolts, Mikhail M. Tsventoukh, Shin Kajita, Russell P. Doerner, Hirohiko Tanaka, Noriyasu Ohno
    • 学会等名
      28th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth process of nano-tendril bundles with sputtered tungsten2018

    • 著者名/発表者名
      Dogyun Hwangbo, Shin Kajita, Hirohiko Tanaka and Noriyasu Ohno
    • 学会等名
      23rd International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ignition and Erosion of materials by arcing in fusion relevant conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Dogyun Hwangbo, Shin Kajita, Shota Kawaguchi, Hirohiko Tanaka and Noriyasu Ohno
    • 学会等名
      16th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth of nano-tendril bundles on tungsten in impurity-rich helium plasmas2017

    • 著者名/発表者名
      Dogyun Hwangbo, Shin Kajita, Shota Kawaguchi, Hirohiko Tanaka and Noriyasu Ohno
    • 学会等名
      33th The International Conference on Phenomena in Ionized Gases
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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