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二重ビーム照射下でのミラー材の劣化挙動とプラズマ監視システムへの適用性評価

研究課題

研究課題/領域番号 20026007
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関島根大学

研究代表者

小野 興太郎  島根大学, 総合理工学部, 教授 (40106795)

研究分担者 宮本 光貴  島根大学, 総合理工学部, 助教 (80379693)
研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
4,300千円 (直接経費: 4,300千円)
2009年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2008年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
キーワード核融合 / プラズマ計測 / 計測ミラー / Mo / 反射率 / 重水素 / ヘリウム / 照射損傷 / 核融合プラズマ診断 / 第一ミラー / ヘリウム照射 / 照射欠陥 / Mo単結晶 / 電子顕微鏡 / 分光エリプソメトリー
研究概要

燃焼プラズマから発生するヘリウムや水素同位体粒子の被爆によるプラズマ診断用ミラーの光学特性劣化挙動を解明することと,この知見に基いた監視システムへの適用性を検討することを目的とした研究を実施した。
今年度は,比較的広い波長範囲(200~2500nm)で高い反射率(0.6~0.9)を示すMo多結晶および単結晶材を用いて,1~5keVの重水素およびヘリウムイオンの単独あるいは同時照射を行った。そして,照射効果を反射率その場測定,電子顕微鏡組織観察,分光エリプソメトリー法により測定した。得られた主要な結果を以下に示す。
(1) 重水素照射の反射率劣化に及ぼす影響は,10%程度に留まっているのに対して,多結晶材のヘリウム照射では,80%程度まで大きく劣化した。重水素照射効果よりもヘリウム照射効果が重要であることが明らかになった。
(2) ヘリウム照射の場合でも高温照射ほど劣化は少ない。このことは,レザー光侵入域での照射欠陥の拡散,消滅の効果と考えられる。ミラーの高温使用は長寿命化に有効であることが明らかになった。
(3) 方位を制御した単結晶材では,劣化の程度は多結晶の場合の1/2~1/3であり,結晶方位を制御した単結晶化は,ミラー材の長寿命化策として有効であることが明らかになった。さらにこの原因を検討した。
(4) 二重ビーム照射による反射率劣化は,大部分はヘリウムの照射効果であった。重水素照射効果は,照射初期では損傷形成を促進し,照射後期では,表面スパッタリング等により返って劣化を軽減する効果があることが分かった。
(5) Mo蒸着膜堆積層をMo試料上に形成し,照射による反射率の劣化挙動に及ぼす堆積層の効果を明らかにした。
(6) 分光エリプソメトリーの測定から,照射により,誘電率の実部は負から正に変化し,大部分を占める虚数部は減少した。これに伴って屈折率や,消衰係数も減少することが明らかになった。このことは,電子顕微鏡観察の結果と合わせて考えると、表面直下に形成される転位ループやバブルにより,電子構造が大きく変化し,金属的性質が低下し,結果として反射率が劣化することを示唆している。劣化機構の解明に向けて大きい進展が見られた。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2009 2008

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Effects of helium irradiation on degradation of optical properties of single and polycrystalline Mo mirrors for plasma diagnostics2009

    • 著者名/発表者名
      K.Ono, M.Miyamoto, et al.
    • 雑誌名

      Physica Scripta T 138

      ページ: 14065-14096

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deterioration of the reflectivity in first mirror materials under irradiation with low energy helium ions2009

    • 著者名/発表者名
      M.Miyamoto, K.Ono, et al.
    • 雑誌名

      Plasma Devices and Operations 17

      ページ: 128-137

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Degradation of reflectivity in stainless steel mirrors under irradiation with low energy helium ions2009

    • 著者名/発表者名
      H.Urabe, M.Miyamoto, K.Ono, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 386-388

      ページ: 1038-1040

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical interaction of helium bubbles with cascade damage in Fe9Cr ferritic alloy2009

    • 著者名/発表者名
      K.Ono, M.Miyamoto, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 386-388

      ページ: 177-180

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Difference between helium retention properties in SUS316L and SUS304 stainless steels2009

    • 著者名/発表者名
      M.Miaymoto, K.Ono, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 386-388

      ページ: 181-184

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical response of helium bubble motion to irradiation with high energy self-ions in aluminum at high temperature2009

    • 著者名/発表者名
      K.Ono, M.Miyamoto, K.Arakawa, R.C.Birtcher
    • 雑誌名

      Philosophical Magazine 89

      ページ: 513-524

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observations of suppressed retention and blistering for tungsten exposed to deuterium- helium mixture plasmas2009

    • 著者名/発表者名
      M.Miaymoto, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 386-388

      ページ: 181-184

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Degradation of reflectivity in stainless mirrors under irradiation with low energy helium ions2009

    • 著者名/発表者名
      H. Urabe, M. Miyamoto, K. One. M. Tokitani, N. Yoshida
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials (in press)(web online available)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deterioration of reflectivity in first mirror materials under irradiation with low energy helium ions2009

    • 著者名/発表者名
      M. Miyamoto, K. Ono, et.al.
    • 雑誌名

      Plasma Devices and Operations 17

      ページ: 128-137

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical response of helium bubbles to irradiation with high energy self-ions in aluminum at high temperature2009

    • 著者名/発表者名
      K. Ono, M. Miyamoto, K. Arakawa, R.C. Birtcher
    • 雑誌名

      Philosophical Magazine 89

      ページ: 513-524

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fe中の結晶粒界, 粒界転位とヘリウムバブルの相互作用2008

    • 著者名/発表者名
      小野興太郎
    • 雑誌名

      まてりあ 47

      ページ: 604-604

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deuterium and helium release and microstructure of tungsten Deposition layers formed by RF plasma sputtering2008

    • 著者名/発表者名
      K. Katayama, et.al.
    • 雑誌名

      Fusion Science and Technology 54

      ページ: 549-552

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Effects of helium irradiation on degradation of optical properties of single and polycrystalline Mo mirrors for plasma diagnostics2009

    • 著者名/発表者名
      K.Ono, et al.
    • 学会等名
      12^<th> Int. Work Shop on Plasma Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • 発表場所
      Juelich, Germany
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Degradation of optical properties in Mo mirrors under irradiation with low energy helium and deuterium ions2009

    • 著者名/発表者名
      T.Nakano, M.Miaymoto, S.Hasuike, K.Ono
    • 学会等名
      14^<th> International Conference on Fusion Reactor Materials
    • 発表場所
      Sapporo
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of CX-neutrals on PFMs in LHD by material probe method with thin films2009

    • 著者名/発表者名
      M.Miyamoto, et al.
    • 学会等名
      14^<th> International Conference on Fusion Reactor Materials
    • 発表場所
      Sapporo
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Effects of tungsten on thermal desorption of helium from Fe-9Cr-2W ferritic alloy irradiated with low energy helium ions2009

    • 著者名/発表者名
      K.Ono, et al.
    • 学会等名
      14^<th> International Conference on Fusion Reactor Materials
    • 発表場所
      Sapporo
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 低エネルギーイオン照射によるプラズマ診断用Moミラーの反射率の劣化機構2009

    • 著者名/発表者名
      中野健人, 宮本光貴, 小野興太郎
    • 学会等名
      日本金属学会春季大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Deterioration of reflectivity in first mirror materials under irradiation with low energy helium ions2008

    • 著者名/発表者名
      K. Ono
    • 学会等名
      Int. workshop on Microwave-Laser Diagnostics and Particle-Mirror Interaction for Burning Plasma Experiment
    • 発表場所
      Shikanoshima, Fukuoka
    • 年月日
      2008-09-13
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Degradation of optical reflectivity and production of radiation damage in stainless mirrors for plasma diagnostics2008

    • 著者名/発表者名
      M. Miyamoto, T. Nakano, K. Ono
    • 学会等名
      4-th Vacuum and Surfaces Conference of Asia and Australia
    • 発表場所
      Matsue
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] プラズマ診断用ミラー候補材の照射損傷と光学特性の劣化挙動2008

    • 著者名/発表者名
      小野興太郎, 宮本光貴
    • 学会等名
      日本電子顕微鏡学会
    • 発表場所
      京都国際会議場
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Heイオン照射下におけるプラズマ診断用高Zミラー材の反射率劣化挙動2008

    • 著者名/発表者名
      中野健人, 宮本光貴, 小野興太郎
    • 学会等名
      日本プラズマ・核融合学会
    • 発表場所
      栃木総合文化センター
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2018-03-28  

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