ヘリウム照射ナノ構造タングステンの熱パルス及び可視光応答性の評価

• 研究課題/領域番号: 17KK0132
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 東京大学 (2021-2022); 名古屋大学 (2017-2020)
• 研究代表者: 梶田 信 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00455297)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2022
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
• キーワード: プラズマ / ヘリウム / ファズ / 光電気化学 / ニューラルネットワーク / 分光 / 機械学習 / 分光計測 / 共堆積 / ナノ構造 / タングステン / プラズマ計測 / 鉄酸化物 / 光触媒 / 金属ナノ構造 / 核融合

研究成果の概要

直線型装置MAGNUM-PSIを利用してタングステンへのヘリウム照射を行い，同時にタングステンを堆積させる実験を実施した。銅やモリブデンの堆積が多い場合にはファズの成長が抑制される一方で，サンプルの近くにタングステンのスパッタリング源を置いた場合には7μmという厚いファズ層が形成され，タングステンの堆積により，ファズの成長速度が著しく促進されたことが示唆された。加えて，Magnum-PSIにおけるレーザートムソン散乱からのneやTeとOESデータとの関係をニューラルネットワークを用いてモデル化し，温度・密度計測の誤差を評価したところ10%程度の誤差で計測できることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

今後，この方法は，レーザートムソン散乱が利用できない場合においてもneとTeの測定領域を拡張することが可能である。例えば，より高速な検出器を用いれば，レーザーパルス周波数（現時点では10 Hz）で決まるトムソン散乱よりも高い時間分解能が得られ，ハイパースペクトル画像と組み合わせることで二次元計測も可能になる。さらに，機械学習を用いた研究を進めることで，衝突輻射モデルで得られた分布からのずれを引き起こす過程を発見できる可能性がある。本手法は大型装置においても分光計測のデータを用いて高い精度で電子温度や密度を計測できる可能性があり，トムソン散乱などに比べて極めて安価な手法となる。

研究成果

• [国際共同研究] ITER機構(フランス) (2022)
• [国際共同研究] IPP Greifswald, Max-Planck Institute for Plasma Physics(ドイツ) (2018)
  • 年月日: 2018-10-01
• [国際共同研究] DIFFER (Dutch Institute for Fundamental Energy Research)(オランダ) (2018)
• [雑誌論文] Increased Photoelectrochemical Performance of Vanadium Oxide Thin Film by Helium Plasma Treatment with Auxiliary Molybdenum Deposition (2023)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Eda Tomoki、Feng Shuangyuan、Tanaka Hirohiko、Bieberle-H?tter Anja、Ohno Noriyasu
  • 雑誌名: Advanced Energy and Sustainability Research 巻: 4 号: 3 ページ: 2200141-2200141
  • DOI: 10.1002/aesr.202200141
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Use of machine learning for a helium line intensity ratio method in Magnum-PSI (2022)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Iwai Sho、Tanaka Hirohiko、Nishijima Daisuke、Fujii Keisuke、van der Meiden Hennie、Ohno Noriyasu
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 33 ページ: 101281-101281
  • DOI: 10.1016/j.nme.2022.101281
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photoelectrochemical properties of plasma-induced nanostructured tungsten oxide (2022)
  • 著者名/発表者名: Feng Shuangyuan、Kajita Shin、Higashi Masanobu、Bieberle-H?tter Anja、Yoshida Tomoko、Ohno Noriyasu
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 580 ページ: 151979-151979
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.151979
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Light Transmission Efficiency in ITER Hard X-Ray Monitor (2021)
  • 著者名/発表者名: KAJITA Shin、PANDYA Santosh P.、O'CONNOR Richard、BARNSLEY Robin、ROGER Huxford
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 16 号: 0 ページ: 1302106-1302106
  • DOI: 10.1585/pfr.16.1302106
  • NAID: 130008130034
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2021-12-10
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Application of multiple regression for sensitivity analysis of helium line emissions to the electron density and temperature in Magnum-PSI (2021)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Nishijima Daisuke、Fujii Keisuke、Akkermans Gijs、van der Meiden Hennie
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 63 号: 5 ページ: 055018-055018
  • DOI: 10.1088/1361-6587/abf36e
  • NAID: 120007169533
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plasma-wall interaction studies in W7-X: main results from the recent divertor operations (2021)
  • 著者名/発表者名: Dhard C P、Brezinsek S、Mayer M、Naujoks D、Masuzaki S、Zhao D、Yi R、Oelmann J、Schmid K、Romazanov J、Pardanaud C、Kandler M、Kharwandikar A K、Schlisio G、Volzke O、Grote H、Gao Y、Rudischhauser L、Goriaev A、Wauters T、Kirschner A、Sereda S、Wang E、Rasinski M、Dittmar T、Motojima G、Hwangbo D et al.,
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 96 号: 12 ページ: 124059-124059
  • DOI: 10.1088/1402-4896/ac35c0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Accelerated/reduced growth of tungsten fuzz by deposition of metals (2021)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Morgan Thomas、Tanaka Hirohiko、Hayashi Yuki、Yoshida Naoaki、Nagata Daisuke、Vernimmen Jordy、Feng Shuangyuan、Zhang Rongshi、Ohno Noriyasu
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 548 ページ: 152844-152844
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2021.152844
  • NAID: 120007191867
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inspection of Arc Trails Formed in Stellarator/Heliotron Devices W7-X and LHD (2020)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ray tracing study of ITER in-vessel lighting system (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Passedat Gilles、Reichle Roger
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 160 ページ: 111787-111787
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2020.111787
  • NAID: 120007163655
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Formation from Arc Spots on Nanostructured Tungsten Surface (2020)
  • 著者名/発表者名: YAJIMA Miyuki、KAJITA Shin、OHNO Noriyasu、MASUZAKI Suguru、YOSHIDA Naoaki、AUSSEMS Damien U. B.、MORGAN Thomas W.、BYSTROV Kirill、MEIDEN Hennie van der
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 15 号: 0 ページ: 1205061-1205061
  • DOI: 10.1585/pfr.15.1205061
  • NAID: 130007888614
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cross-field transport in detached helium plasmas in Magnum-PSI (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H、Hayashi Y、Kajita S、van der Meiden H J、Yoshikawa M、Vernimmen J W M、Scholten J、Classen I、Morgan T W、Ohno N
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 62 号: 11 ページ: 115021-115021
  • DOI: 10.1088/1361-6587/abb88f
  • 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 tungsten (2020)
  • 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
  • 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 assessments (2020)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Emission spectroscopy of He lines in high-density plasmas in Magnum-PSI (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Akkermans Gijs、Fujii Keisuke、van der Meiden Hennie、van de Sanden M. C. M.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 10 号: 2 ページ: 025225-025225
  • DOI: 10.1063/1.5143481
  • 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 deposition (2020)
  • 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
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Application of Ion Sensitive Probe to High Density Plasmas in Magnum-PSI (2019)
  • 著者名/発表者名: HAYASHI Yuki、OHNO Noriyasu、van der MEIDEN Hennie、SCHOLTEN John、KAJITA Shin、van den BERG Jonathan、PERILLO Renato、VERNIMMEN Jordy、MORGAN Thomas
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 1202135-1202135
  • DOI: 10.1585/pfr.14.1202135
  • NAID: 130007695127
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-07-24
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ray Trace Study for Visible Spectroscopy Reference System (VSRS) Diagnostics in ITER (2019)
  • 著者名/発表者名: KAJITA Shin、DE BOCK Maarten、DESJARDINS Michel、BARNSLEY Robin
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 14 号: 0 ページ: 1405042-1405042
  • DOI: 10.1585/pfr.14.1405042
  • NAID: 130007649950
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2019-02-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Thomson Scattering Measurement of Two Electron Temperature Components in Transition to Detached Plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: OHSHIMA Hiroshi、KAJITA Shin、TANAKA Hirohiko、OHNO Noriyasu、VAN DER MEIDEN Hennie J.
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 1201099-1201099
  • DOI: 10.1585/pfr.13.1201099
  • NAID: 130007487813
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-08-10
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assessment and Mitigation of Wall Light Reflection in ITER by Ray Tracing (2018)
  • 著者名/発表者名: Kajita Shin、Veshchev Evgeny、De Bock Maarten、Barnsley Robin、Von Hellermann Manfred、Walsh Michael
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 74 号: 1-2 ページ: 37-46
  • DOI: 10.1080/15361055.2017.1390389
  • NAID: 120006733923
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Growth of nano-tendril bundles on tungsten with impurity-rich He plasmas (2018)
  • 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
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Helium plasma induced fuzzy metal: growth mechanism and its application (2022)
  • 著者名/発表者名: Shin Kajita
  • 学会等名: AAPPS-DPP2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoelectrochemical Properties of Plasma-Induced Nanostructured WO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: S.Feng, S.Kajita, M.Higashi, A.Bieberle, T.Yoshida, N.Ohno
  • 学会等名: ISPlasma2021/IC-PLANTS2021
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマ誘起ナノ構造酸化タングステンの光触媒水分解への応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 馮 双園、梶田 信、東 正信、Anja Bieberle、吉田朋子、大野哲靖
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第37回年会
• [学会発表] Inspection of W 7-X plasma-facing components after the operation phase OP1. 2b: observations and first assessments (2019)
  • 著者名/発表者名: CP Dhard, S Akaslompolo, M Balden, J Baldzuhn, C Biedermann, T Bruer, S Brezinsek, M Endler, Y Hayashi, D Hwangbo, S Kajita, M Krause, P Kornejew, S Masuzaki, M Mayer, G Motojima, D Naujoks, M Otte, V Rohde
  • 学会等名: PFMC-17
  • 国際学会
• [学会発表] Inspection of Arc Trails Formed in Stellarator/Heliotron Devices W7-X and LHD (2019)
  • 著者名/発表者名: Dogyun HWANGBO, Shin KAJITA, Chandra Prakash DHARD, Masayuki TOKITANI, Marco KRAUSE, Dirk NAUJOKS, Suguru MASUZAKI, Sren KLOSE, Noriyasu OHNO, The W7-X Team
  • 学会等名: 28th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC28)
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of heavier impurity deposition on Cr sputtering under He plasma exposure in multiple linear plasma devices (2018)
  • 著者名/発表者名: D.Nishijima, A.Kreter, R.P.Doerner, M.J.Baldwin, D.Borodin, A.Eksaeva, D.Hwangbo, S.Kajita, M.Miyamoto, N.Ohno, A.Pospieszczyk, M.Rasinski, T.Schlummer, A.Terra,
  • 学会等名: PSI2018
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of recombination front region on plasma detachment in a linear divertor plasma simulator (2018)
  • 著者名/発表者名: N.Ohno, Y.Hayashi, S.Kajita, H.Tanaka, H.Ohshima, M.Seki, K.Sawada, M.Aramaki, M.Yoshikawa, H.J.van der Meiden
  • 学会等名: PSI2018
  • 国際学会 / 招待講演