プラズマ対向壁の損耗/堆積とトリチウム蓄積

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 17206092
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 九州大学
• 研究代表者: 田辺 哲朗 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (00029331)
• 研究分担者: 大宅 薫 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (10108855) ; 坂和 洋一 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 准教授 (70242881) ; 廣畑 優子 北海道大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00189896) ; 宮 直之 日本原子力研究開発機構, 那珂研究所・核融合研究開発部門, 研究主幹 (60343901) ; 正木 圭 日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究職 (10354648)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• キーワード: プラズマ・壁相互作用 / 炭素材料 / 損耗 / 堆積 / 水素蓄積 / トリチウム / トリチウム除去 / レーザーアブレーション

研究概要

プラズマ対向炭素タイルでの損耗/堆積とトリチウム蓄積を明らかにするため、様々な実機(JT-60U)実験および実験室実験ならびにびシミュレーションを行った。得られた結果は以下のようにまとめられる。 (1)JT-60U内でD-D反応により生成された1MeVのトリチウム(T)の約半分は軌道損失およびリップル損失機構によりそのエネルギーを失うことなくタイル表面から1μm以上の深さに打ち込まれていた。特に第1壁水平位置、内外のダイバータ、内側バッフル板そしてドーム部に多く蓄積されている事を見いだした。 (2)ダイバータのポロイダル方向の再堆積・損耗分布を調べた結果、外側ダイバータは損耗(最大損耗深さ約70μm)され、内側ダイバータ部では炭素の再堆積層(最大230μm程度)が形成されていた。損耗された炭素は外側ダイバータから内側ダイバータに一気に運ばれるものではなく、損耗された炭素はいったん近距離に再堆積し、再び損耗され再堆積するサイクルを繰り返しながら輸送されていることを明らかにした。 (3)ダイバータ領域での炭素再堆積層には作動ガスであるD(H)が多量に蓄積されており、その水素濃度は(H+D)/Cの原子比で0.03程度であった。これにより装置全体の水素の蓄積率(供給された水素のうち排気しないで装置内に蓄積していくものの割合)は装置の運転温度によって大きくことなるが、おおよそ見積もることが出来るようになった。 (4)JT-60トカマク実験装置内の上記のような水素の蓄積は、動的な蓄積と静的な蓄積の2つの成分に分けることができる。 (5)炭素再堆積層およびその中に蓄積された水素の除去法として、レーザーアブレーションによる炭素膜全体の除去法の開発に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Tritium distribution measurement of JET Mk IISRP divertor tiles (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Tanabe, K.Sugiyama, 他5名
  • 雑誌名: J.Nucl.Mater 363-365 ページ: 960-965
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen Retention and Carbon Deposition in Plasma Facing Components and the Shadowed Area of JT-60U (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Masaki, T., Tanabe, Y. Hirohata, et. al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 47 ページ: 1577-1582
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Properties of hydrogen desorption from co-deposits on JT-60 graphite tile by pulsed laser ablation (2007)
  • 著者名/発表者名: D., Watanabe, Y., Sakawa, T., Shibahara, K., Sugiyama, T., Shoji, K., Yamazaki, T., Tanabe
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 363-365 ページ: 972-976
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Modeling of Asymmetric Redeposition Distribution between Inner and Outer Regions of the W-shaped Divertor in JT-60U (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Ohya, K., Inai, T., Tanabe, H., Takenaga
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 363-365 ページ: 78-85
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ion beam analysis of H/D retention in the near surface layers of JT-60U plasma facing wall tiles (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Sugiyama, T., Hayashi, K., Krieger, M., Mayer, K., Masaki, N., Miya, T., Tanabe
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 363-365 ページ: 949-954
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hydrogen isotopes retention in JT-60U (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Hirohata, T., Tanabe, Y., Oya, K., Okuno, K., Masaki, N., Miya
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 363-365 ページ: 854-861
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pulsed-laser ablation of co-deposits on JT-60 graphite tile T. Shibahara, T. Tanabe, Y. Hirohata, et. al. Hydrogen isotope retention of JT-60U W-shaned divertor tiles exposed to DD discharges (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Sakawa, D., Watanabe, T., Shibahara, K., Sugiyama, T., Tanabe
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 367-370 ページ: 1516-1521
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Distribution of hydrogen isotopes retained in the divertor tiles used in JT-60U (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Hirohata, T., Tanabe, T., Shibahara, et. al.
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 367-370 ページ: 1260-1265
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] On the possibility of ITER starting with full carbon (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Tanabe
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 81 ページ: 139-147
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen isotope retention of JT-60U W-shaped divertor tiles exposed to DD discharges (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Shibahara, T.Tnabe, 他9名
  • 雑誌名: J.Nucl.Mater 357 ページ: 115-125
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term erosion and re-deposition of carbon in the divertor region of JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: Y., Gotoh, T., Tanabe, Y., Ishimoto, K., Masaki, T., Arai, H., Kubo, K., Tsuzuki, N., Miya
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 357 ページ: 115-125
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hydrogen isotope retention of JT-60U W-shaped divertor tiles exposed to DD discharges (2006)
  • 著者名/発表者名: T., Shibahara, T., Tanabe, Y., Hirobata, et. al.
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 357 ページ: 138-146
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study of global wall saturation mechanisms in long-pulse ELMy H-mode discharges on JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: H., Takenaga, T., Nakano, N., Asakura, H., Kubo, S., Konoshima, K., Shimizu, K., Tsuzuki, K., Masaki, T., Tanabe, S., Ide, T., Fujita
  • 雑誌名: J. Nucl. Fusion 46 ページ: S39-S48
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] On the possibility of ITER starting with full carbon, Tokyo, Fusion Eng. and Design, 81(2006)pp.139-147. (2006)
  • 著者名/発表者名: T., Tanabe
  • 雑誌名: Fusion Eng. and Design 81 ページ: 139-147
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Near-surface characterization of plasma-facing materials in a DT fusion reactor (2007)
  • 著者名/発表者名: T., Tanabe
  • 学会等名: 17th International Vacuum Congress
  • 発表場所: Stockhlom, Sweden
  • 年月日: 20070602-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Tritium distribution measurement of JET Mk IIGB divertor tiles (2006)
  • 著者名/発表者名: T., Tanabe, K., Sugiyama, T., Renvall, J., Likonen, J. P., Coad
  • 学会等名: 17th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 20060521-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Ion beam analysis of H/D retention on the near surface of JT-60U plasma facing wall tiles (2006)
  • 著者名/発表者名: K., Sugiyama, T., Hayashi, K., Krieger, M., Mayer, K., Masaki, N., Miya , T., Tanabe
  • 学会等名: 17th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 20060521-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Modeling of Asymmetric Redeposition Distribution between Inner and Outer Regions of the W-shaped Divertor in JT-60U (2006)
  • 著者名/発表者名: K., Ohya, K., Inai, T., Tanabe, H., Takenaga
  • 学会等名: 17th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 20060521-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Properties of hydrogen desorption from co-deposits on JT-60 graphite tile by pulsed laser ablation (2006)
  • 著者名/発表者名: D., Watanabe, Y., Sakawa, T., Shibahara, K., Sugiyama, T., Shoji, K., Yamazaki, T. Tanabe
  • 学会等名: 17th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 20060521-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Near-surface characterization of plasma-facing materials in a DT fusi on reactor(招待講演) (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Tanabe
  • 学会等名: 17th International Vacuum Congress
  • 発表場所: Stockhlom,Sweden
  • 年月日: 2006-07-05
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Pulsed-laser ablation of co-deposits on JT-60 graphite tile (2005)
  • 著者名/発表者名: Y., Sakawa, D., Watanabe, T., Shibahara, K., Sugiyama, T., Tanabe
  • 学会等名: 12th Intern. Conf. on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Santa Babara
  • 年月日: 20051204-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Tritium distribution measurement of the tile gap of JT-60U (2005)
  • 著者名/発表者名: K., Sugiyama, T., Tanabe, K., Masaki, N., Miya
  • 学会等名: 12th Intern. Conf. on , Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Santa Babara
  • 年月日: 20051204-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Hydrogen Isotope Behavior in the First Wall of JT-60U after DD Discharge (2005)
  • 著者名/発表者名: Y., Oya, T., Tanabe, M., Oyaidzu, T., Shibahara, K., Sugiyama, A., Yoshikawa, Y., Onishi, Y., Hirohata, Y., Ishimoto, J., Yagyu, T., Arai, K., Masaki, K., Okuno, N., Miya, S., Tanaka
  • 学会等名: 12th Intern. Conf. on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Santa Babara
  • 年月日: 20051204-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Distribution of hydrogen isotopes retained in the divertor tiles used in JT-60U (2005)
  • 著者名/発表者名: Y., Hirohata, T., Tanabe, T., Shibahara, M., Oyaizu, K., Sugiyama, Y., Oya, A., Yoshikawa, Y., Onishi, T., Arai, K., Masaki, Y., Ishimoto, K., Okuno, N., Miya
  • 学会等名: 12th Intern. Conf. on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Santa Babara
  • 年月日: 20051204-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] High temperature irradiation damage of carbon materials studies by Laser Raman spectroscopy
  • 著者名/発表者名: M., Yoshida, T., Tanabe, N., Ohno, M., Yoshimi, S., Takamura
  • 学会等名: 13th Intern. Conf. on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Niece, France
  • 年月日: 00001210-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Hydrogen and hydrocarbon desorption from the deposited layer on JT-60 graphite tile by nano-second pulsed laser irradiation
  • 著者名/発表者名: K., Sugiyama, Y., Sakawa, D., Watanabe, T., Tanabe, T., Shibahara, K., Masaki
  • 学会等名: 13th Intern. Conf. on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Niece, France
  • 年月日: 00001210-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Proceedings of the 17th International Conference on Plasma-Surafce Interactions in Controlled Fusion Devices (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Li, X.Gao, J.Chen, T.Tanabe, P.GeHdrich, 他1名
  • 総ページ数: 1479
  • 出版者: Elsevier
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.qpn.kyushu-u.ac.jp/lab8/index-j.html