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2020 年度 実施状況報告書

ヘリウム照射ナノ構造タングステンの熱パルス及び可視光応答性の評価

研究課題

研究課題/領域番号 17KK0132
研究機関名古屋大学

研究代表者

梶田 信  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (00455297)

研究期間 (年度) 2018 – 2021
キーワード共堆積 / ナノ構造 / タングステン / ヘリウム
研究実績の概要

2020年度は,実験は実施はできなかったものの,それ以前にMagnum-PSI装置においてタングステンへのヘリウム(He)プラズマ照射を行った結果をもとに分析を行い,その結果ヘリウムプラズマ照射により誘起された繊維状ナノ綿毛構造(ファズ)への金属の蒸着の影響を明らかにした。実験の結果,プラズマ源からの金属不純物が多いと,プラズマ柱の中心部にはファズが形成されないことがわかった。また,金属不純物(主にモリブデンと銅)が蒸着すると,ファズの成長が打ち消されることがわかった。プラズマ源からの金属の影響に加えて,核融合装置での蒸着環境を再現するためにサンプルの近くにスパッタリング源を設置して,プラズマ照射を行った結果,ファズの層の厚さが約7μmとなり,蒸着をしない場合に比べて約5倍の厚みになった。タングステンを蒸着することで,ファズ層の成長速度が大幅に加速されたことが明らかになった。
また,Magnum-PSIを用いて,ヘリウムプラズマの体積再結合領域における径方向輸送の促進を調べた。ラングミュアプローブを設置し,高い時空間分解能で電位の変動を測定し測定・解析した。その結果,イオン粒子束の分布の広がりや,内部にコヒーレントなプラズマ構造が確認された。また,プローブヘッドの周囲を高速フレミングカメラで撮影した発光強度を解析したところ,方位角方向のモード数がm=1のモードの揺らぎが,径方向に放出されるプラズマと相関していることがわかった。この磁場を横切る輸送は,イオン束を分散させ,ターゲットにかかる最大熱負荷を減少させることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2020年度はコロナの影響により実験を実施することができなかったことにより,遅れが出ている。2020年度は主にこれまで取得したデータの解析を進めた。

今後の研究の推進方策

ヘリウムプラズマ中の分光計測の結果を機械学習的に評価することに加えて,プラズマ照射ナノ構造体を使ったα酸化鉄の光触媒の影響について検討を行っていく。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Accelerated/reduced growth of tungsten fuzz by deposition of metals2021

    • 著者名/発表者名
      Kajita Shin、Morgan Thomas、Tanaka Hirohiko、Hayashi Yuki、Yoshida Naoaki、Nagata Daisuke、Vernimmen Jordy、Feng Shuangyuan、Zhang Rongshi、Ohno Noriyasu
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 548 ページ: 152844~152844

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2021.152844

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ray tracing study of ITER in-vessel lighting system2020

    • 著者名/発表者名
      Kajita Shin、Passedat Gilles、Reichle Roger
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 160 ページ: 111787~111787

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2020.111787

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dust Formation from Arc Spots on Nanostructured Tungsten Surface2020

    • 著者名/発表者名
      YAJIMA Miyuki、KAJITA Shin、OHNO Noriyasu、MASUZAKI Suguru、YOSHIDA Naoaki、AUSSEMS Damien U. B.、MORGAN Thomas W.、BYSTROV Kirill、MEIDEN Hennie van der
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 15 ページ: 1205061~1205061

    • DOI

      10.1585/pfr.15.1205061

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cross-field transport in detached helium plasmas in Magnum-PSI2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka H、Hayashi Y、Kajita S、van der Meiden H J、Yoshikawa M、Vernimmen J W M、Scholten J、Classen I、Morgan T W、Ohno N
    • 雑誌名

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      巻: 62 ページ: 115021~115021

    • DOI

      10.1088/1361-6587/abb88f

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Photoelectrochemical Properties of Plasma-Induced Nanostructured WO32021

    • 著者名/発表者名
      S.Feng, S.Kajita, M.Higashi, A.Bieberle, T.Yoshida, N.Ohno
    • 学会等名
      ISPlasma2021/IC-PLANTS2021
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズマ誘起ナノ構造酸化タングステンの光触媒水分解への応用2020

    • 著者名/発表者名
      馮 双園、梶田 信、東 正信、Anja Bieberle、吉田朋子、大野哲靖
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第37回年会

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公開日: 2021-12-27  

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