ダブルプラズマガンを用いたプラズマ対向壁の蒸気遮蔽効果の解明

• 研究課題/領域番号: 23760809
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00433326)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2013年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2012年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2011年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 磁化プラズマガン / ELM / プラズマ対向壁 / 蒸気遮蔽効果 / パルス熱負荷 / プラズマガン / ダイバータ / タングステン / 蒸気遮蔽

研究概要

核融合炉のプラズマ対向材におけるパルス熱負荷模擬のために磁化プラズマガン装置の高性能化を行い，先進核融合壁材料のパルス熱負荷に対する健全性の評価を実施した。定常プラズマ予照射タングステン（W）へのedge localized mode (ELM)様パルスプラズマ照射実験を国内外で初めて実施し，特にヘリウム照射によりW表面に綿毛状のナノ構造（W-Fuzz）が形成されている場合にはパルスプラズマ照射による表面亀裂発生に対して耐性を有することを明らかにした。一方，本研究により新たに2台のプラズマガン装置を結合したダブルプラズマガン装置を開発し，蒸気遮蔽効果を定量的に明らかにする実験を開始した。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of Gun Plasma Penetrated into a Steady State Plasma Device (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, T. Akiyama, T. Nihashi, M. Osaka, N. Ohno, Y. Kikuchi, I. Sakuma, M. Nagata
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: Vol. 41 ページ: 3122-3128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface cracking and melting of different tungsten grades under transient heat and particle loads in a magnetized coaxial plasma gun (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, D. Iwamoto, Y. Kitagawa, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol. 438
  • 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. Nihashi, T. Uchiyama, M. Osaka, Y. Kikuchi and M. Nagata
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol. 438
  • 査読あり
• [雑誌論文] Response of fuzzy tungsten surfaces to pulsed plasma bombardment (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Nishijima, R. P. Doerner, D. Iwamoto, Y. Kikuchi, M. Miyamoto, M. Nagata, I. Sakuma, K. Shoda and Y. Ueda
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol. 434 ページ: 230-234
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Direct Ion Heating in Double-Pulsing CHI in Helicity Injected Spherical Torus Plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hanao, H. Hirono, T. Hyobu, K. Ito, K. Matsumoto, T. Nakayama, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 8 号: 0 ページ: 1202104-1202104
  • DOI: 10.1585/pfr.8.1202104
  • NAID: 130004467859
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influences of ELM-like Pulsed Plasma Bombardment on Deuterium Retention in Tungsten (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Nishijima, Y. Kikuchi, M. Nakatsuka, M.J. Baldwin, R.P. Doerner, M. Nagata, Y. Ueda
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: Vol. T145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface damage characteristics of CFC and tungsten with repetitive ELM-like pulsed plasma irradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, D. Nishijima, M. Nakatsuka, K. Ando, T. Higashi, Y. Ueno, M. Ishihara, K. Shoda, M. Nagata, T. Kawai, Y. Ueda, N. Fukumoto, R.P. Doerner
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol. 415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Pre-Plasma Exposure on Tungsten Surface Cracking Due to ELM-like Pulsed Plasma Bombardment (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Nishijima, Y. Kikuchi, M. Nakatsuka, R.P. Doerner, M. Nagata, Y. Ueda
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: Vol. 60 ページ: 1447-1450
  • 査読あり
• [学会発表] Experimental investigation of vapor shielding effects induced by ELM-like pulsed plasma loads using the double plasma gun device (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, Y. Kikuchi, Y. Kitagawa, Y. Asai, K. Onishi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
• [学会発表] Surface modifications on toughened, fine-grained, recrystallized tungsten with repetitive ELM-like pulsed plasma irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, Y. Kitagawa, Y. Asai, K. Onishi, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda, H. Kurishita
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
• [学会発表] Measurement of Transient Heat and Particle loads in NAGDIS-PG (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Sato, N. Ohno, M. Osaka, S. Kajitaa, Y. Kikuchi
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
• [学会発表] Recent results of ELM simulation experiments on a magnetized coaxial plasma gun (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, Y. Kitagawa,Y. Asai, K. Onishi, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda
  • 学会等名: Japan-US Workshop on "Heat Removal and Plasma Material Interactions for Fusion"
  • 発表場所: Livermore, USA
• [学会発表] Recent results of ELM simulation experiments on a magnetized coaxial plasma gun (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, Y. Kitagawa,Y. Asai, K. Onishi, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda
  • 学会等名: Japan-US Workshop on "Heat Removal and Plasma Material Interactions for Fusion"
  • 発表場所: リバモア（米国）
• [学会発表] Surface modifications on toughened, fine-grained, recrystallized tungsten (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, Y. Kitagawa, Y. Asai, K. Onishi, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda, H. Kurishita
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] Experimental investigation of vapor shielding effects induced by ELM-like pulsed plasma loads using the double plasma gun device (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, Y. Kikuchi, Y. Kitagawa, Y. Asai, K. Onishi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] Measurement of Transient Heat and Particle loads in NAGDIS-PG (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Sato, N. Ohno, M. Osaka, S. Kajita, Y. Kikuchi
  • 学会等名: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] Characterization of CT injector developed for simulation of ELM-like pulse heat loads on divertor materials (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, Y. Kitagawa, Y. Asai, K. Onishi, Y. Kikuchi, N. Fukumoto and T. Kanki
  • 学会等名: US-Japan Workshop on "Advanced Control and Confinement Improvement of Innovative Compact Toroidal Configurations"
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] 磁化プラズマガンを用いたELM様パルスプラズマ照射実験の進展 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊池祐介、佐久間一行、北川賢伸、浅井康博、大西晃司、福本直之、永田正義
  • 学会等名: 筑波大学プラズマ研究センターシンポジウム
  • 発表場所: つくばサイエンスインフォメーションセンタ－
• [学会発表] 定常プラズマ･熱パルス複合照射環境下でのプラズマ･壁相互作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野哲靖、梶田 信、菊池祐介、永田正義
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] タングステンモノブロックの表面損傷が熱負荷応答に与える影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中泰史，上田良夫，LEE Heun Tae，永田正義，菊池祐介，鈴木 哲，関洋 治
  • 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
• [学会発表] 磁化プラズマガンにおけるカロリーメータを用いたCT プラズマの熱流計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大西晃司，佐久間一行，北川賢伸，浅井康博，菊池祐介，福本直之，永田正義
  • 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
• [学会発表] 磁化プラズマガンにおけるイオンドップラー分光器を用いた CTプラズマのイオン温度・フロー計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川賢伸，佐久間一行，浅井康博，大西晃司，菊池祐介，福本直之，永田正義
  • 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
• [学会発表] ELM パルス熱負荷時の蒸気遮蔽効果の解明に向けたダブルプラズマガン装置の初期実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐久間一行，北川賢伸，浅井康博，大西晃司，菊池祐介，福本直之，永田正義
  • 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
• [学会発表] ELM 様パルスプラズマ照射による微結晶粒タングステンの表面損傷 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊池祐介，佐久間一行，北川賢伸，浅井康博，大西晃司，福本直之，永田正義，上田良夫，栗下裕明
  • 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
• [学会発表] Characterization of CT injector developed for simulation of ELM-like pulse heat loads on divertor materials (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, Y. Kitagawa, Y. Asai, K. Onishi, Y. Kikuchi, N. Fukumoto and M. Nagata
  • 学会等名: US-Japan Workshop on "Advanced Control and Confinement Improvement of Innovative Compact Toroidal Configurations"
  • 発表場所: 神戸国際会議場
• [学会発表] Simulation Experiments of ELM-like Transient Heat and Particle Loads using a Magnetized Coaxial Plasma Gun (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, D. Iwamoto, Y. Kitagawa, K. Shoda, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda, S. Suzuki
  • 学会等名: Abs. of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC)
  • 発表場所: San Diego, USA
• [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 Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: アーヘン（ドイツ）
• [学会発表] Erosion of plasma-facing materials due to repetitive ELM-like pulsed plasma bombardment (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, K. Shoda, D. Iwamoto, I. Sakuma, Y. Kitagawa, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda
  • 学会等名: 20th International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: アーヘン（ドイツ）
• [学会発表] Development of divertor simulator enabling simultaneous irradiation of steady-state high heat flux plasma and plasmoid (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Nihashi, N. Ohno, S. Kajita, M. Osaka, M. Takagi, Y. Kikuchi, M. Nagata, and T. Akiyama
  • 学会等名: Joint Conference of the International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement (OS) and the International Workshop on Plasma Material Interaction Facilities for Fusion (PMIF)
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
• [学会発表] Simulation Experiments of ELM-like Transient Heat and Particle Loads using a Magnetized Coaxial Plasma Gun (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, I. Sakuma, D. Iwamoto, Y. Kitagawa, K. Shoda, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda, S. Suzuki
  • 学会等名: 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC)
  • 発表場所: サンディエゴ（米国）
• [学会発表] Combined heat load testing of W monoblocks for ITER (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, T. Kawai, Y. Ohtsuka, I. Sakuma, Y. Kikuchi, M. Nagata, K. Ezato, Y. Seki, and S. Suzuki
  • 学会等名: 27th Symposium of Fusion Technology
  • 発表場所: リエージュ（ベルギー）
• [学会発表] Development of a double plasma gun device for investigation of effects of vapor shielding on erosion of PFC materials under ELM-like pulsed plasma bombardment (2012)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, D. Iwamoto, Y. Kitagawa, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics
  • 発表場所: プロビデンス（米国）
• [学会発表] Measurements of line-averaged electron density of pulsed plasmas using a He-Ne laser interferometer in a magnetized coaxial plasma gun device (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Iwamoto, I. Sakuma, Y. Kitagawa, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics
  • 発表場所: プロビデンス（米国）
• [学会発表] Measurements of ion temperature and flow of pulsed plasmas produced by a magnetized coaxial plasma gun device using an ion Doppler spectrometer (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa, I. Sakuma, D. Iwamoto, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 54th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics
  • 発表場所: プロビデンス（米国）
• [学会発表] パルスプラズマガン装置開発と実験の現状 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菊池祐介、永田正義
  • 学会等名: 筑波大学プラズマ研究センターシンポジウム
  • 発表場所: つくばサイエンスインフォメーションセンター（茨城県）
• [学会発表] ELM様パルス熱・粒子模擬のためのプラズマガン開発と照射実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菊池祐介
  • 学会等名: PWI合同研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究所（岐阜県）
• [学会発表] Influences of ELM-like Pulsed Plasma Bombardment on Deuterium Retention in Tungsten (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Nishijima, Y. Kikuchi, M. Nakatsuka, M.J. Baldwin, R.P. Doerner, M. Nagata, and Y. Ueda
  • 学会等名: 13th International Workshop on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
  • 発表場所: ローゼンハイム（ドイツ）
• [学会発表] Development of a Magnetized Coaxial Plasma Gun for Simulation Experiment of Type-I Elm Heat Loads (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, K. Shoda, D. Iwamoto, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 24th IEEE Symposium on Fusion Engineering
  • 発表場所: シカゴ（アメリカ）
• [学会発表] Initial results of ELM simulation experiments on the upgraded magnetized coaxial plasma gun device (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, K. Shoda, D. Iwamoto, I. Sakuma, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: 2011 Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Materials Interactions for Fusion, and IEA Workshop on Solid Surface Plasma Facing Components
  • 発表場所: コープイン京都（京都府）
• [学会発表] Development of a magnetized plasma gun device for ELM-like pulsed plasma irradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Shoda, I. Sakuma, D. Iwamoto, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（石川県）
• [学会発表] Characteristics of pulsed plasmas in the magnetized plasma gun device (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Iwamoto, K. Shoda, I. Sakuma, Y. Kikuchi, N. Fukumoto, M. Nagata
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（石川県）
• [学会発表] Changes of fuzzy W surface structures due to pulsed plasma bombardment using a magnetized plasma gun device (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Sakuma, K. Shoda, D. Iwamoto, Y. Kikuchi, D. Nishijima, R. Doerner, N. Fukumoto, M. Nagata, Y. Ueda
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（石川県）
• [学会発表] 磁化同軸プラズマガンを用いたELM様プラズマ照射による核融合炉材料表面損傷
  • 著者名/発表者名: 佐久間一行、岩本大希、北川賢伸、菊池祐介、西島大輔、Russ Doerner、福本直之、永田正義、上田良夫
  • 学会等名: 第9回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [学会発表] 磁化同軸プラズマガンを用いたELM様パルスプラズマ生成装置開発とその特性評価
  • 著者名/発表者名: 岩本大希、佐久間一行、北川賢伸、菊池祐介、福本直之、永田正義
  • 学会等名: 第9回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [学会発表] イオンドップラー分光システムを用いたCTパルスプラズマのイオン温度・フロー計測
  • 著者名/発表者名: 北川賢伸、岩本大希、佐久間一行、菊池祐介、福本直之、永田正義
  • 学会等名: 第9回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [学会発表] プラズマガンを用いたELM様パルスプラズマのタングステン材への照射実験
  • 著者名/発表者名: 菊池祐介、岩本 大希、佐久間 一行、北川 賢伸、福本 直之、永田 正義
  • 学会等名: ダイバータおよびPWI合同研究会
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県）
• [学会発表] ELM パルス熱負荷時の蒸気遮蔽効果の解明に向けたダブルプラズマガン装置の開発
  • 著者名/発表者名: 佐久間一行，岩本大希，北川賢伸，菊池祐介，福本直之，永田正義
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第29回年会
  • 発表場所: クローバープラザ（福岡県）
• [学会発表] レーザ干渉計および分光計測を用いたCT パルスプラズマの特性評価
  • 著者名/発表者名: 岩本大希，佐久間一行，北川賢伸，菊池祐介，福本直之，永田正義
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第29回年会
  • 発表場所: クローバープラザ（福岡県）
• [学会発表] 磁化プラズマガン装置を用いたタングステン材への ELM様パルスプラズマ照射実験
  • 著者名/発表者名: 菊池祐介，佐久間一行，岩本大希，北川賢伸， 福本直之，永田正義，上田良夫
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第29回年会
  • 発表場所: クローバープラザ（福岡県）
• [備考]
  • URL: http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/eecs/ykikuchi/kikuchi.html