先進的ろう付接合法を用いたW・ODS-Cu製核融合炉用ダイバータ受熱機器の開発

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K06997
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 時谷 政行 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30455208)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: プラズマ対向機器 / ダイバータ / ろう付接合 / 銅合金 / タングステン

研究成果の概要

独自に開発した「先進的ろう付接合法」を用いて，タングステン(W)をアーマー材料に，酸化物分散強化銅(ODS-Cu，具体的にはGlidCop)をヒートシンク材料とした核融合炉用ダイバータ受熱機器の開発を行った．接合部の微細構造解析により，ろう材成分(Ni,P)がGlidCop側に拡散することで接合界面から消失すると同時に空隙や亀裂の無い接合部が得られていることがわかった．接合界面近傍のGlidCop側で極端な軟化層が確認されたことから，この層が残留応力の吸収体となっている可能性が高い．ダイバータ受熱機器試験体への熱負荷試験の結果，～24MW/m2の定常熱負荷を除熱できることが確認された．

自由記述の分野

核融合炉材料学

研究成果の学術的意義や社会的意義

熱膨張係数の異なるタングステン(W)と酸化物分散強化銅(GlidCop)を，残留応力を吸収する中間層無しで直接接合できる「先進的ろう付接合法」の接合原理はこれまで明らかになっておらず，学術的な問いであった．この問いに対して，微細構造解析を駆使することでその接合メカニズムを明らかにすることに成功した．また，この接合法はWとGlidCopの接合だけでなく，GlidCop同士やその他の金属の接合に対しても広く応用できることが明らかになった．この接合法は，核融合炉のダイバータ受熱機器開発のみならず，銅合金の接合構造が必要な様々な分野に応用できる可能性があり，産業応用や分野間連携への拡大が期待できる．