ヘリウム照射材料上での単極アークのキャラクタリゼーションと発生機構

• 研究課題/領域番号: 23686133
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 梶田 信 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 准教授 (00455297)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 27,820千円 (直接経費: 21,400千円、間接経費: 6,420千円); 2013年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2012年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2011年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
• キーワード: ナノ構造 / タングステン / アーキング / 核融合 / ヘリウムプラズマ / プラズマ / ヘリウム照射

研究成果の概要

核融合炉におけるアーキングの影響を明らかにするために，ヘリウム照射によりナノ構造化されたタングステン（W)を用いて材料物性評価及びアーキングの点孤の条件と影響を明らかにするとともに，大型実験炉におけるアーキングの影響を評価した。初期的なプロセスを議論するために，電界電子放出特性へのヘリウム照射の影響を実験的に明らかにした。アーク痕の解析や分光計測から陰極点の動きや発生するプラズマ温度を評価した。陰極点のフラクタル的な動きを明らかにするとともに，温度は0.8 eV程度であることを示した。またアーキングの影響を評価するためにWのエロージョン量を評価し，0.1 mg/C程度であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Arc spot grouping: An entanglement of arc spot cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin Kajita, Dogyun Hwangbo, Noriyasu Ohno, Mikhail M. Tsventoukh, and Sergey A. Barengolts
  • 雑誌名: J. Applied Phys. 巻: 116 号: 23 ページ: 233302-233302
  • DOI: 10.1063/1.4904917
  • NAID: 120006733928
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fractality of self-grown nanostructured tungsten by He plasma irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin Kajita Yoshiyuki Tsuji Noriyasu Ohno
  • 雑誌名: physics letters 巻: 378 号: 34 ページ: 2533-2538
  • DOI: 10.1016/j.physleta.2014.06.033
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transition in velocity and grouping of arc spot on different nanostructured tungsten electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Dogyun Hwangbo, Shin Kajita, Sergey. Barengolts, Mikhail M. Tsventoukh, Noriyasu Ohno
  • 雑誌名: Results in Physics 巻: 4 ページ: 33-39
  • DOI: 10.1016/j.rinp.2014.03.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Helium plasma irradiation on single crystal tungsten and undersized atom doped tungsten alloys (2014)
  • 著者名/発表者名: Kajita, Shin; Yoshida, Naoaki; Ohno, Noriyasu; et al.
  • 雑誌名: PHYSICA SCRIPTA 巻: 89 号: 2 ページ: 025602-025602
  • DOI: 10.1088/0031-8949/89/02/025602
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal response of nanostructured tungsten (2014)
  • 著者名/発表者名: Kajita, Shin; De Temmerman, Gregory; Morgan, Thomas; et al.
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 54 号: 3 ページ: 033005-033005
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/3/033005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface modification of titanium using He plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Kajita, Shin; Kitaoka, Daiki; Ohno, Noriyasu; et al.
  • 雑誌名: APPLIED SURFACE SCIENCE 巻: 303 ページ: 438-445
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spectroscopic Study and Motion Analysis of Arc Spot Initiated on Nanostructured Tungsten (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Hwangbo, S. Kajita, M. Osaka, et al.
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 52 号: 11S ページ: 11NC02-11NC02
  • DOI: 10.7567/jjap.52.11nc02
  • NAID: 210000143105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of multi-pulse laser induced damage threshold on Cu mirror under vacuum condition (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, R. Yasuhara, M. Sato, N. Ohno, M. Tokitani, N. Yoshida
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 号: 14 ページ: 17275-17248
  • DOI: 10.1364/oe.21.017275
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Field Emission Property of Nanostructured Tungsten Formed by Helium Plasma Irradiation (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno, Y. Hirahata, M. Hiramatsu
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 88 号: 11 ページ: 2842-2847
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2013.05.014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Assessment of multi-pulse laser-induced damage threshold of metallic mirrors for Thomson scattering system (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, S. Kajita, R. Yasuhara, N. Ohno, M. Tokitani, N. Yoshida, Y. Tawara
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 号: 8 ページ: 9333-9342
  • DOI: 10.1364/oe.21.009333
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of arcing on carbon and tungsten: from the observation in JT-60U (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Katjia, M.Fukumoto, M.Tokitani, T.Nakano, Y.Noiri, N.Ohno, S.Masuzaki, S.Takamura, N.Yoshida, Y.Ueda
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 53 号: 5 ページ: 053013-053013
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/5/053013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth annealing equilibrium of tungsten nanostructures by helium plasma irradiation in non-eroding regimes (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno, M. Yajima, J. Kato
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 巻: 440 号: 1-3 ページ: 55-62
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2013.04.040
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Helium plasma implantation on metals: Nanostructure formation and visible-light photocatalytic response (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 号: 13 ページ: 134301-134301
  • DOI: 10.1063/1.4798597
  • NAID: 120006733925
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Arc Spots Initiated on Nanostructured Tungsten (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, S.Takamura
  • 雑誌名: IEEE Trans. on Plasma Sci 巻: Vol.41 号: 8 ページ: 1889-1895
  • DOI: 10.1109/tps.2013.2245346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deuterium Atomic Density Estimation in Recombining Plasmas Using Self-Absorption Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Shin Kajita, Toshihiro Nishiwaki, Noriyasu Ohno, Member Keiji Sawada, Makoto Takagi
  • 雑誌名: IEEJ TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING 巻: 8 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1002/tee.21784
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of steady/transient dual plasma irradiation device using a plasma gun (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, T.Akiyama, T.Uchiyama, M.Osaka, Y.Kikuchi, M.Nagata
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.483 ページ: 707-710
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2013.01.149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superimposition of Pulses to Steady Arc Discharge in Toroidal Divertor Simulator (2012)
  • 著者名/発表者名: Shin KAJITA, Tetsuya UCHIYAMA and Noriyasu OHNO
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 7 号: 0 ページ: 1405100-1405100
  • DOI: 10.1585/pfr.7.1405100
  • NAID: 130003366240
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical properties of nanostructured tungsten in near infrared range (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno, T. Yokochi, N. Yoshida, R.Yoshihara, S. Takamura and T.Hatae
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: Vol.54 号: 10 ページ: 105015-105015
  • DOI: 10.1088/0741-3335/54/10/105015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beryllium erosion induced by transient heat loads and subsequent reactions in a deuterium plasma (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, D.Nishijima, R.Doerner, K.Umstadter, J.Yu, N.Ohno, Y.Ueda
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 420 号: 1-3 ページ: 252-257
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.09.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] TEM analysis of high temperature annealed W nanostructure surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Yoshida, R. Yoshihara,N. Ohno, T. Yokochi, M. Tokitani and S.Takamura
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.421 号: 1-3 ページ: 22-27
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.11.044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arcing on tungsten subjected to helium and transients : ignition conditions and erosion rates (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, N.Yoshida, R.Yoshihara, S.Takamura
  • 雑誌名: Plasma Phys.Cotrol.Fusion 巻: 54 号: 3 ページ: 35009-35009
  • DOI: 10.1088/0741-3335/54/3/035009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exfoliation of the tungsten fiberform nano-structure by unipolar arcing in the LHD divertor plasma (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tokitani, S.Kajita, S.Masuzaki, Y.Hirahata, N.Ohno, T.Tanabe, LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Nucl.Fusion 巻: 51 号: 10 ページ: 102001-102001
  • DOI: 10.1088/0029-5515/51/10/102001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress of tungsten R&D for fusion application in Japan (2011)
  • 著者名/発表者名: Y Ueda, H. T. Lee
  • 雑誌名: Phys. Scr 巻: Vol. T145 ページ: 14029-14029
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2011/t145/014029
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ measurement of hydrogen isotope retention using a high heat flux plasma generator with ion beam analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yamagiwa, Y.Nakamura, N.Matsunami, N.Ohno, S.Kajita, M.Takagi, M.Tokitani, S.Masuzaki, A.Sagara, K.Nishimura
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T145 ページ: 14032-14032
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2011/t145/014032
  • 査読あり
• [学会発表] Initiation of arcing on tungsten electrode expsed to steady state plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Noiri, S.Kajita, N.Ohno
  • 学会等名: 24th International Toki Conference
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [学会発表] Morphology changes in W under high D/He fluence: overview, implications for ITER, application to WEST (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita
  • 学会等名: 1st WEST International Workshop
  • 発表場所: Aix en provence, France
  • 年月日: 2014-06-30
  • 招待講演
• [学会発表] ヘリウムプラズマ照射による金属材料のナノ構造化とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶田信、大野哲靖、吉田朋子
  • 学会等名: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] Nanostructure growth and ignition of arcing by helium plasma irrdiation to tungsten in sputtering regime (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Noiri, S.Kajita, N.Ohno
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions 2014
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-30
• [学会発表] ヘリウムプラズマ照射によるタングステンナノ構造の形成と物性変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶田信
  • 学会等名: 日本物理学会2014年春季大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-29
• [学会発表] 繊維状ナノタングステン上での単極アークの発生とそのキャラクタリゼーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶田信
  • 学会等名: 日本物理学会2014年春季大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] スパッタリング領域におけるヘリウムプラズマ照射時のアーク発生条件とタングステンナノ構造成長 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野杁泰幸，梶田信，大野哲靖
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2013-12-03 – 2013-12-06
• [学会発表] Thermal response of nanostructured tungsten (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, G.De Temmerman, T.Morgan, T.de Kruif, S.van Eden, N.Ohno
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2013-12-03 – 2013-12-06
• [学会発表] Development of Steady/Transient Dual Plasma irradiation Device Using a Plasma Gun (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, T.Akiyama, T.Uchiyama, T.Nihashi, M.Osaka, Y.Kikuchi, M.Nagata
  • 学会等名: 20th International Conference on Plasma Surface Interactions in Fusion Devices(PSI2012)
  • 発表場所: Aachen, Germany
• [学会発表] Observation of Arc Spots Initiated on Nanostructured Tungsten (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, S.Takamura
  • 学会等名: XXVth International Symposium on Discarges and Electrical Insulation in Vacuum
  • 発表場所: Temsk, Russia
• [学会発表] Fatal damages due to breakdown on a diagnostic mirror located outside the vacuum vessel in JT-60U (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yamagiwa, Y.Nakamura, N.Matsunami, N.Ohno, S.Kajita, Shin Kajita, Takaki Hatae, Shuichi Takamura, Noriyasu Ohno, Kiyoshi Itami
  • 学会等名: International Toki Conference
  • 発表場所: 土岐市(日本)
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] Revival of Arcing Issue in Fusion Reactors (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, S.Takamura, M.Tokitani, S.Masuzaki, N.Yoshida, T.Hatae, M.Fukumoto, K.Itami, T.Nakano, Y.Ueda
  • 学会等名: PLASMA2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂(招待講演)
• [学会発表] Tungsten Erosion by the Initiation of Unipolar Arcs in Nuclear Fusion Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, N.Yoshida, S.Takamura
  • 学会等名: The 30^<th> International Conference on Phenomena in Ionized Gases
  • 発表場所: ベルファスト(イギリス)
• [学会発表] Recent Progress of Tungsten R&D for Fusion Application in Japan (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ueda, H.T.Lee, N.Ohno, S.Kajita, A.Kimura, R.Kasada, T.Nagasaka, Y.Hatano, A.Hasegawa, H.Kurishita
  • 学会等名: 13th International Workshop on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications and 1st International Conference on Fusion Energy Materials Science
  • 発表場所: ローゼンハイム(ドイツ)
• [学会発表] Tungsten Erosion by the Initiation of Unipolar Arcs in Nuclear Fusion Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, N.Yoshida, S.Takamura
  • 学会等名: The 30th International Conference on Phenomena in Ionized Gases
  • 発表場所: Belfast, U.K.