中間融点材料被覆層によるタングステン壁材料の長寿命化

• 研究課題/領域番号: 26630473
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 上田 良夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30193816)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: プラズマ対向材料 / タングステン / 中間融点堆積膜 / 蒸気遮蔽効果 / 保護層 / ディスラプション / 壁材料保護

研究成果の概要

（１）種々のWをレーザーで溶融させその溶融層の挙動を調べ、特に沸点近傍まで表面温度が上昇した場合は、純Wが液滴放出による損耗の観点から最も望ましい材料であることがわかった。（２）WにAlの被覆を形成し、レーザーやパルスプラズマ照射を行い、ELM様のパルス熱負荷下では、蒸発の潜熱や蒸気遮蔽効果によりWへの熱負荷を減じる効果があることが確認された。（３）蒸気遮蔽効果をPICコードを用いて評価し、実験結果をおおむね説明できることがわかった。（４）表面損傷を持つWモノブロックは、20MW/m^2の熱負荷を印加した場合に、表面損傷が起点となり亀裂が発生しやすいことがわかった。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）(米国)
• [雑誌論文] Surface modifications on toughened, fine-grained, recrystallized tungsten with repetitive ELM-like pulsed plasma irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi, Y., Sakuma, I., Kitagawa, Y., Asai, Y., Onishi, K., Fukumoto, N., Nagata, M., Ueda, Y., Kurishita, H.
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 463 ページ: 206-209
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2014.11.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deuterium retention in tungsten coating layers irradiated with deuterium and carbon ions (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukumoto, M., Nakano, T., Ueda, Y., Itami, K., Kubo, H.
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 462 ページ: 354-359
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.02.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] D-He-Be混合プラズマ環境下でのタングステンの微細組織と重水素保持特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮本光貴，西島大輔，BALDWIN Matthew j.，DOERNER Russell P.，上田良夫，栗下裕明，吉田直亮，相良明男
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research 巻: 89 ページ: 335-340
  • NAID: 110009612747
• [雑誌論文] Current status of nanostructured tungsten-based materials development (2014)
  • 著者名/発表者名: H Kurishita, S Matsuo, H Arakawa, T Sakamoto, S Kobayashi,K Nakai, H Okano, H Watanabe, N Yoshida, Y Torikai, Y Hatano,T Takida, M Kato, A Ikegaya, Y Ueda, M Hatakeyama and T Shikama
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T159
• [雑誌論文] High-Heat-Flux Testing of Irradiated Tungsten-Based Materials for Fusion Applications Using Infrared Plasma Arc Lamps (2014)
  • 著者名/発表者名: Adrian S. Sabau, Evan K. Ohriner, Jim Kiggans, Charles R. Schaich, Yoshio Ueda, David C. Harper, Yutai Katoh, Lance L. Snead
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 66 ページ: 394-404
• [雑誌論文] Deuterium retention in various toughened, fine-grained recrystallized tungsten materials under different irradiation conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: M Oya, H T Lee, Y Ohtsuka, Y Ueda, H Kurishita, M Oyaidzu and T Yamanishi
  • 雑誌名: M Oya, H T Lee, Y Ohtsuka, Y Ueda, H Kurishita, M Oyaidzu and T Yamanishi 巻: T159
• [雑誌論文] Surface erosion and modification of toughened, fine-grained, recrystallized tungsten exposed to TEXTOR edge plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Y Ueda, M Oya, Y Hamaji, H T Lee, H Kurishita, Y Torikai, N Yoshida, A Kreter, J W Coenen, A Litnovsky and V Philipps
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T159
• [学会発表] Particle simulations for W, Mo and Be vapor shielding experiments (2016)
  • 著者名/発表者名: KENZO IBANO, DAISUKE NISHIJIMA, JONATHAN YU, MATTHEW BALDWIN, RUSS DOERNER, HEUN TAE LEE, YOSHIO UEDA
  • 学会等名: 22nd Meeting of ITPA DSOL-TG
  • 発表場所: Frascati, Italy
  • 年月日: 2016-01-25
  • 国際学会
• [学会発表] Pilot -PSI 装置における 定常・パルス複合プラズマ照射よるAl 被覆 W材料の蒸気層形成実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐久間一行, 菊池祐介, T. W. Morgan1, K. Bystrov, 伊庭野健造, 上田良夫
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] 定常プラズマ照射下における溶融金属表面からの粒子放出と 蒸気遮蔽効果の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊庭野健造、西島大輔、Heun Tae Lee、上田良夫
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] ディスラプションを模擬したレーザー熱入射におけるタングステンの吸収率測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉川悟, 伊庭野健造, Lee Heun Tae, 井上大輔, 前地剛, 上田良夫
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] TEXTORプラズマ曝露させたTFGRタングステンの溶融・凝固層の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大宅諒, 伊庭野健造, H.T. Lee, 上田良夫, 栗下裕明, J.W. Coenen, A. Kreter
  • 学会等名: PLASMA2014
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県）
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] タングステンの表面損傷 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上田良夫
  • 学会等名: PLASMA2014
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県）
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] 日米協力PHENIX計画の概要と初年度の成果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上田良夫,波多野雄治,横峯健彦,檜木達也,長谷川晃,大矢恭久,Pete Pappano, Lance Snead, Richard Nygren, 加藤雄大, Brad Merrill,Dean Buchenauer
  • 学会等名: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
  • 年月日: 2014-06-20
• [学会発表] TEXTORプラズマ曝露で損耗・溶融させたTFGRタングステンの表面解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大宅 諒, Lee Heun Tae, 上田 良夫, 栗下 裕明, Arkadi Kreter, Jan Willem Coenen
  • 学会等名: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
  • 年月日: 2014-06-19