| 研究課題/領域番号 |
19J15641
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分14020:核融合学関連
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| 研究機関 | 長岡工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
内田 雄大 長岡工業高等専門学校, 電気電子システム工学科, 助教
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | プラズマ・壁相互作用 / プラズマ対向材料 / 第一壁 / タングステン / ヘリウムイオンビーム / 照射損傷 / ブリスター / 電子顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代のエネルギー源の一つとして核融合発電が検討されている。核融合炉の壁材は様々な放射線にさらされる。将来の核融合炉の設計や壁材の選定を行うために、炉壁の放射線による損傷を評価する必要がある。本研究では、炉壁の候補材料であるタングステンへの放射線(アルファ線)による損傷を調査する。
加速器を使用してアルファ線を材料へ照射し、内部に損傷を与える。顕微鏡を使用して材料内部に発生した欠陥の深さ、寸法などを測定する。また計算により、アルファ線が材料内部を損傷させる過程を求める。
本研究成果は、核融合炉の設計や壁材の寿命を推定するための重要な知見を提供する。
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| 研究実績の概要 |
磁場閉じ込め型核融合システムのプラズマ対向材料にタングステンが検討されている。本研究では、高エネルギーヘリウム照射によるタングステンの局所加熱と損傷生成との関係を調査することを目的としている。静電加速器を用いたヘリウムイオンビーム照射実験を行い、試料内部の損傷を透過型電子顕微鏡と走査型電子顕微鏡を駆使して調査した。測定したブリスターの深さが、予想されたヘリウムの侵入深さよりも大きな値を示した。材料にイオンが入射するとはじき出しが発生し、材料の強度（降伏応力）は、はじき出し損傷(dpa)により変化する。そこで、dpaの深さ分布から降伏応力の深さ分布を見積もり、その結果、降伏応力は入射イオンの侵入深さで最大値を持ち、それより深い領域では減少することが分かった。このため、ブリスター生成の起点となる亀裂が侵入深さよりも深い領域で発生する可能性を示した。電子顕微鏡によりヘリウム照射箇所と未照射箇所の結晶粒径を測定し、照射箇所の粒径は未照射箇所よりも大きく、侵入深さ周辺で粒径の増加が確認できた。高エネルギーヘリウム照射により堆積したタングステン中のヘリウムの拡散挙動を調査するため、タングステン中のヘリウムの拡散方程式を数値計算した。ヘリウム照射実験時の粒子フラックスと SRIM/TRIMコードにより計算したタングステン中に堆積したヘリウムの深さ分布を用いて、ヘリウム照射による流入と拡散による流出の時間発展を計算した。その結果、試料表面側ではヘリウムが溜まりにくく、深部側ではヘリウムが溜まりやすいことを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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