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2007 年度 実績報告書

ヘリウム照射による対向材料の特性劣化機構解明とその計測法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16082206
研究機関九州大学

研究代表者

吉田 直亮  九州大学, 応用力学研究所, 教授 (00127317)

研究分担者 徳永 和俊  九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40227583)
渡辺 英雄  九州大学, 応用力研究所, 准教授 (90212323)
岩切 宏友  九州大学, 応用力学研究所, 助教 (80325480)
森下 和功  京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (80282581)
時谷 政行  九州大学, 核融合科学研究所, 助教 (30455208)
キーワードアルファー粒子計測法 / ヘリウム照射損傷 / プラズマ・壁相互作用 / プラズマ対向材料 / ヘリウム・欠陥相互作用 / タングステン
研究概要

核燃焼プラズマ閉じ込め装置や核融合炉でのタングステンダイバータにおけるヘリウム照射効果は1000℃を超える高温でのヘリウムバブルの挙動が鍵を握るものと考えられることから1000℃以上でのヘリウムイオン照射実験を集中的に行った。詳細な電子顕微鏡観察からヘリウムバブルの移動合体が表面に網目状の溝構造をもたらし、炉で問題になるような高い照射量ではこれが発達してサブミクロンの小枝状の突起構造を形成することがわかった。このような表面の激しい凹凸化は耐熱負荷特性を極端に損ない、大きな損耗やダストの発生源となり、炉の運転に重大な障害となることが予想される。金属におけるヘリウムバブルの形成は本質的な現象であるためこれをいかに抑制するかは簡単な課題ではなく、新たな視点からの材料開発を含めた更なる研究が必要であることがわかった。この分野の今後の重要かつ緊急の課題である。
核融合科学研究所の大型高温プラズマ閉じ込め装置(LHD)においてプラズマのレーザー偏光計測に用いられたリトロ反射鏡では、この鏡が持つ独特の凹構造により凹部での不純物(鉄、クロム、酸素など)の集中的な堆積が起こることがわかった。水素放電(主放電)下での光反射率の低い酸化物(Fe(Cr)O)形成、ヘリウムプラズマ(グロー放電洗浄)による微細バブルの発生、真空リークを契機とする表面の激しい凹凸化などが、反射率低下の要因となっていることが堆積層の透過電子顕微鏡による断面観察などから明らかになった。この成果を元に反射率が低下し難いリトロ反射鏡の開発を進めており、LHDでの検証段階にある。ここで用いた断面層観察手法は本科研費による研究において確立したもので、一般的なプラズマ-壁相互作用の研究にも飛躍的な進展をもたらしている。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (23件)

  • [雑誌論文] Retention properties of plasma particles in tungsten exposed to LHD divertor plasmas2007

    • 著者名/発表者名
      M., Tokitani
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 363-365

      ページ: 443-447

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Irradiation Effects of Low Energy Helium Ions on Optical Reflectivity of Metallic Mirror2007

    • 著者名/発表者名
      A., Ebihara
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 363-365

      ページ: 1195-1200

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructure change and helium release dur to tensile loading on austenitic stainless steel implanted with low energy helium ions2007

    • 著者名/発表者名
      T., Kawakami
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 367-370

      ページ: 457-461

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accumulation of hilium in tungsten irradiated by helium and neutrons2007

    • 著者名/発表者名
      Q., Xu
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 367-370

      ページ: 806-811

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of helium implantation on damage during pulsed high heat loading of tungsten2007

    • 著者名/発表者名
      K., Tokunaga
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 367-370

      ページ: 812-816

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen Retention Properties of Co-Deposition under High-Density Plasmas in TRIAM-1M2007

    • 著者名/発表者名
      M., Tokitani
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 367-370

      ページ: 1487-1491

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sub-ms laser pulse irraadiation on tungsten target damaged by exposure to helium plasma2007

    • 著者名/発表者名
      S., Kajita
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion 47

      ページ: 1358-1366

    • 査読あり
  • [雑誌論文] LHD プラズマ計測用 リトロテ反射鏡 における光反射率劣化機構2007

    • 著者名/発表者名
      吉田直亮
    • 雑誌名

      九州大学応用力学研究所所報 133

      ページ: 147-153

  • [雑誌論文] Changes of optical protical properties of retro-reflector installed in LHD2007

    • 著者名/発表者名
      T., Akiyama
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 78

      ページ: 103501-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ対向壁・ミラーとアルファ粒子の相互作用2007

    • 著者名/発表者名
      吉田直亮
    • 雑誌名

      Journal of Plasma and Fusion Research 83

      ページ: 1003-1010

  • [学会発表] 低放射化フェライト鋼モデル合金における格子欠陥と水素保持特性2008

    • 著者名/発表者名
      河村崇司
    • 学会等名
      日本金属学会2008春期大会
    • 発表場所
      武蔵工業大学(東京都)
    • 年月日
      20080326-28
  • [学会発表] プラズマー壁相互作用がもたらすLHDリトロ反射鏡経時変化2007

    • 著者名/発表者名
      大多和義久
    • 学会等名
      プラズマ、核隔合学会九州・沖縄・山口支部 第11回支部大会
    • 発表場所
      宮崎公立大学
    • 年月日
      20071221-22
  • [学会発表] ダイバータ環境温度領域におけるヘリウム照射損傷2007

    • 著者名/発表者名
      秋吉亮平
    • 学会等名
      プラズマ、核隔合学会九州・沖縄・山口支部 第11回支部大会
    • 発表場所
      宮崎公立大学
    • 年月日
      20071221-22
  • [学会発表] Reduction and Recovery of Optical Reflectivity of Mo Mirror Irradiated by Low Energy Helium Ions2007

    • 著者名/発表者名
      A., Ebinhara
    • 学会等名
      13th International Conference on Fusion Reactor Materials,
    • 発表場所
      Nice, France
    • 年月日
      20071210-14
  • [学会発表] Mechamism of Surface Modification and Damage in W under the Irradiation of low Energy Helium Ions at Elevated Temperatures2007

    • 著者名/発表者名
      N., Yoshida
    • 学会等名
      13th International Conference on Fusion Reactor Materials,
    • 発表場所
      Nice, France
    • 年月日
      20071210-14
  • [学会発表] Evaluation of radiation damages on the first-wall surface in LHD exposed to change-exchanged helium particles2007

    • 著者名/発表者名
      M., Tokitani
    • 学会等名
      13th International Conference on Fusion Reactor Materials,
    • 発表場所
      Nice, France
    • 年月日
      20071210-14
  • [学会発表] Radiation Damage and Deuterium Trapping in Deuterium Ion Irradiated Ferritic Steel2007

    • 著者名/発表者名
      H., Iwakiri
    • 学会等名
      13th International Conference on Fusion Reactor Materials,
    • 発表場所
      Nice, France
    • 年月日
      20071210-14
  • [学会発表] Optical property change on plasma facing materials irradiated with hydrogen Isotope and helium2007

    • 著者名/発表者名
      K., Tokunaga
    • 学会等名
      13th International Conference on Fusion Reactor Materials,
    • 発表場所
      Nice, France
    • 年月日
      20071210-14
  • [学会発表] LHD 長期措置金属試料におけるプラズマ照射効果2007

    • 著者名/発表者名
      吉田直亮
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第24回年会
    • 発表場所
      イーグレ姫路(姫路市)
    • 年月日
      20071127-30
  • [学会発表] LHDヘリウム放電における第一壁材料の損傷2007

    • 著者名/発表者名
      時谷政行
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第24回年会
    • 発表場所
      イーグレ姫路(姫路市)
    • 年月日
      20071127-30
  • [学会発表] LHDリトロ反射鏡の光反射率劣化機構2007

    • 著者名/発表者名
      大多和義久
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第24回年会
    • 発表場所
      イーグレ姫路(姫路市)
    • 年月日
      20071127-30
  • [学会発表] Mechanisms of Reflectivity Reduction of Retro-Reflector Used in LHD2007

    • 著者名/発表者名
      N., Yoshida
    • 学会等名
      13th Meeting of the ITPA Topical Group on Diagnostics
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      20071029-1102
  • [学会発表] Changes of optical properties of retro-reflector installed in LHD2007

    • 著者名/発表者名
      T., Akiyama
    • 学会等名
      13th Meeting of the ITPA Topical Group on Diagnostics
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      20071029-1102
  • [学会発表] タングステン材料の高熱流東水素・ヘリウム混合ビーム照射実験2007

    • 著者名/発表者名
      徳永和俊
    • 学会等名
      日本原子力学会2007秋の大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(北九州市)
    • 年月日
      20070927-29
  • [学会発表] 高温でヘリウムイオン照射された高Z材料におけるヘリウムバブル形成(2)2007

    • 著者名/発表者名
      秋吉亮平
    • 学会等名
      日本金属学2007年秋期大会(第141回)
    • 発表場所
      岐阜大学(岐阜市)
    • 年月日
      20070919-21
  • [学会発表] 軽イオンビーム照射下における格子欠陥集合体の秩序構造2007

    • 著者名/発表者名
      岩切宏友
    • 学会等名
      日本金属学2007年秋期大会(第141回)
    • 発表場所
      岐阜大学(岐阜市)
    • 年月日
      20070919-21
  • [学会発表] Behavior of Helium in Metals2007

    • 著者名/発表者名
      N., Yoshida
    • 学会等名
      KNS and AESJ joint Summer School 2007 for Students and Young Researchers Fusion Engineering, Nuclear Fuels, Materials Science and Engineering
    • 発表場所
      Seoul National University, Seoul, Korea
    • 年月日
      20070827-30
  • [学会発表] Reduction of Reflectivity of the First Retro-Reflector in LHD Used for Plasma Diagnosis2007

    • 著者名/発表者名
      Y., Ohtawa
    • 学会等名
      KNS and AESJ joint Summer School 2007 for Students and Young Researchers Fusion Engineering, Nuclear Fuels, Materials Science and Engineering
    • 発表場所
      Seoul National University, Seoul, Korea
    • 年月日
      20070827-30
  • [学会発表] Radiation damage of low activation ferritic alloy by high energy alpha loss particles2007

    • 著者名/発表者名
      N., Yoshida
    • 学会等名
      Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Materials Interactions for Fusion
    • 発表場所
      猿沢荘(奈良市)
    • 年月日
      20070725-27
  • [学会発表] Microscopic damage and particles retention in metals exposed to LHD plasmas2007

    • 著者名/発表者名
      M., Tokitani
    • 学会等名
      Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Materials Interactions for Fusion
    • 発表場所
      猿沢荘(奈良市)
    • 年月日
      20070725-27
  • [学会発表] Irradiation effects of low energy helium ions in tungsten material under high heat load2007

    • 著者名/発表者名
      H., Iwakiri
    • 学会等名
      Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Materials Interactions for Fusion
    • 発表場所
      猿沢荘(奈良市)
    • 年月日
      20070725-27
  • [学会発表] Damage Structure of Tungsten under He Particle Loading2007

    • 著者名/発表者名
      N., Yoshida
    • 学会等名
      1st-NIFS-CRC International Symposium
    • 発表場所
      NIFS(土岐市)
    • 年月日
      20070521-22
  • [学会発表] FIB加工法による高エネルギーヘリウム照射された金属材料の断面組織観察2007

    • 著者名/発表者名
      岩切宏友
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第63回学術講演会
    • 発表場所
      平成朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      20070520-22

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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