核融合炉プラズマ対向壁の損耗寿命と燃料・不純物リサイクリング評価プログラムの開発

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16560722
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 大宅 薫 徳島大学, 工学部, 教授 (10108855)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• キーワード: 核融合 / プラズマ・壁相互作用 / 損耗・再堆積 / トリチウムリテンション / ITER / ダイバータ / 化学スパッタリング / 計算機シミュレーション

研究概要

本研究は、核融合炉定常運転時のプラズマ対向壁における、(1)不純物発生と輸送、(2)壁材料の損耗と再堆積、(3)水素リサイクリングとトリチウムリテンション、の問題について、モデルの構築とそれに基づく計算機シミュレーションコードの確立を目的とした。特に、国際熱核融合実験炉ITERにおいて使用される、炭素、タングステン、ベリリウムのプラズマ照射による材料混成と各材料の損耗量を評価するプログラムと、プラズマ対向壁として黒鉛材を使用した際問題となる、化学スパッタリングにより放出された炭化水素分子の再付着による対向壁へのトリチウム蓄積とその分布を評価するプログラムの開発した。このコードは、"イオン・固体相互作用モジュール"、"周辺プラズマ輸送モジュール"、"化学スパッタリングモジュール"から成り、これらはモンテカルロ法と解析的手法を組み合わせて、エネルギーを持った燃料イオンや不純物イオン、壁材料原子や炭化水素分子などの化学反応生成物の壁材料中または周辺プラズマ中の軌道を計算し、一方の出力が他方の入力になり、プラズマと材料とが有機的に結合する実際に核融合炉内で起こる現象をシミュレーションすることができる。
開発したコードをTEXTOR装置(独国)におけるタングステン及び炭素リミタ試験に適用し、プラズマ照射によるこれら材料の混成と損耗・再堆積分布を解析してコードの実用性を明らかにした。また、JT-60U装置におけるダイバータ部で使用された黒鉛タイルの損耗・再堆積分布を実機プラズマ条件で解析し、表面分析データを再現した。また、水素リテンション量の特に多い炭素再堆積層が黒鉛タイルの側面やタイル間の隙間、さらにプラズマ照射のほとんどない排気口近くに形成されるため、ダイバータ領域全体を計算空間とし、ターゲットの表面構造を組み込み、実機条件でのターゲット上の損耗・再堆積分布や水素リテンション分布を評価するプログラムも開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamic Monte Carlo Simulation of Compositional and Topography Changes Induced by Ion Beam Irradiation (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Inai
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Vol. 4 ページ: 32-38
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation of redeposition patterns of hydrocarbons released from carbon target in divertors (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design Vol. 81 ページ: 205-210
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic erosion and deposition on carbon and tungsten due to simultaneous bombardment with deuterium and beryllium ions in plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Ebisu
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design Vol. 81 ページ: 253-258
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic Simulation of erosion and redeposition on plasma facing materials (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Physica Scripta (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation of redeposition patterns in the gaps between divertor tiles (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Inai
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic Monte Carlo Simulation of Compositional and Topography changes Induced by Ion Beam Irradiation (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Inai
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Vol.4 ページ: 32-38
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simulation of redeposition patterns of hydrocarbons released from carbon target in divertors (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design Vol.81 ページ: 205-210
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamic erosion and deposition on carbon and tungsten due to simultaneous bombardment with deuterium and beryllium ions in plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Ebisu
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design Vol.81 ページ: 253-258
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamic transition between erosion and deposition on a tungsten surface exposed to edge plasmas containing carbon impurities (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol. 337-339 ページ: 882-886
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic transition between erosion and deposition on a tungsten surface exposed to edge plasmas containing carbon impurities (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol.337-339 ページ: 882-886
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Modeling of Material Mixing Effects on Plasma Surface Interactions in Magnetic Fusion Devices (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Physica Scripta Vol. T111 ページ: 138-144
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Transition Behavior between Erosion and Deposition on a Tungsten Surface Exposed to Deuterium Plasmas Containing Carbon Impurities (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Hamada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied physics Vol. 43 No. 9 ページ: 6385-6391
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Modeling of erosion and deposition patterns on C-W and W-Ta twin limiters exposed to the TEXTOR edge plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol. 329-333 ページ: 732-736
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Modeling of Material Mixing Effects on Plasma Surface Interactions in Magnetic Fusion Devices (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Physica Scripta Vol.T111 ページ: 138-144
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transition Behavior between Erosion and Deposition on a Tungsten Surface Exposed to Deuterium Plasmas Containing Carbon Impurities (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Hamada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.43, No.9 ページ: 6385-6391
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Modeling of erosion and deposition patterns on C-W and W-Ta twin limiters exposed to the TEXTOR edge plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ohya
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol.329-333 ページ: 732-736
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より