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核融合実験装置のプラズマ対向壁材料への水素リテンション量およびその脱離過程を調べることは、プラズマ閉じ込め特性を向上するうえで重要な課題となっている。本研究では、プラズマ中の酸素不純物をゲッタリングする材料として開発されているB_4C(B_4C転化材)、および最近水素リテンション量が少ないと報告されているSiC(SiC転化材)に対する水素リテンション量およびその脱離特性を同一条件下で測定し、黒鉛と比較検討することを目的とした。
1.5keVの水素イオンを各試料に5x10^<18>H/cm^2照射した後、1000℃まで昇温し試料から脱離する水素量からリテンション量を評価した。水素リテンション量は、黒鉛(等方性黒鉛)で6.7x10^<17>H/cm^2であった。B_4C転化材のリテンション量は黒鉛の約1.5倍多かった。しかし、リテンション量が半減する温度は600℃で黒鉛よりも200℃低かった。これは材料中でB-H結合している水素が低温(350℃)で脱離することによるものであり、炉のベ-キング温度を考えると黒鉛よりもベ-キングによってリテンション量を低下させることができることがわかった。このB-H結合の水素リテンション量は全リテンション量のほぼ25%であった。SiC転化材の水素リテンション量は黒鉛とほぼ同程度で、半減する温度はB_4C転化材とほぼ同じであった。この時のSi-H結合による水素リテンション量は全リテンション量のほぼ70%で、脱離する温度はB_4C転化材よりも高かった(600℃)。
核融合炉では材料中に保持された水素を除去する方法として、ヘリウムによる放電洗浄の方法が行われている。本研究では一度材料中に保持された水素がヘリウムイオンによってどの程度たたきだされ除去されるかを調べた。試料間のヘリウムイオンの水素除去効果を比較すると、B_4C転化材が最も効果が大きく、全リテンション量の50%が除去された。これらの結果から、水素リテンション量およびそのベ-キング温度での除去効果およびヘリウムイオンによる除去効果を総合的に考えると、これら炭素系材料ではB_4C転化材が最も優れている。
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