ELMによるタングステンダイバータ板損傷の基礎過程の解明と材料の最適化

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360443
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 徳永 和俊 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40227583)
• 研究分担者: 坂本 瑞樹 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (30235189) ; 江里 幸一郎 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 研究員 (30354624) ; 鈴木 哲 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 研究員 (60354619) ; 谷川 尚 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 研究員 (70370426)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: プラズマ・核融合 / タングステン / 高熱負荷 / 水素同位体 / ヘリウム

研究概要

タングステン材に対して、パルス高熱負荷実験、高熱流水素・ヘリウム照射実験、低エネルギー・高粒子束重水素・ヘリウム照射実験を行い、試料の表面及び断面形状・組織変化、損耗量、水素・ヘリウムリテンション、光学的性質等を調べ、ITERのELM時に発生するタングステンダイバータ板の表面損傷を明らかにした。さらに、各種の改良タングステン材を試作すると共に、その熱・粒子負荷特性を評価し、タングステン材を最適化した。

研究成果

• [雑誌論文] Development of High-Power-Density Ion Beam System with High-Repetition Pulse Operation (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Sakakita, S. Kiyama, H. Koguchi, Y. Hirano, T. Shimad, M. Tokitani, N. Yoshida, K. Tokunaga
  • 雑誌名: Proceedings of ITC19 (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Deformation of Tungsten Surfaces by High Energy and High Flux Helium/Hydrogen Particle Bombardment with Short Pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Tokitani, N. Yoshida, K. Tokunaga, H. Sakashita, S. Kiyama, H. Koguchi, Y. Hirano, S. Masuzaki
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research Vol.5 ページ: 012-1, 012-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface modification of tungsten mirrors due to low-energy helium plasma irradiation in the compact PWI simulator APSEDAS (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Sakamoto, T. Miyazaki, Y. Higashizono, K. Ogawa, K. Ozaki, N. Ashikawa, M. Tokitani, T. Shoji, S. Masuzaki, K. Tokunaga, K. Ohya, A. Sagara, N. Yoshida, K.N. Sato
  • 雑誌名: Physica Scripta T138 ページ: 014043-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Property Change on Metallic Mirror Materials by Low Energy Helium Irradiation (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, T. Fujiwara, N. Yoshida, A. Ebihara, M. Tokitani, A. Sagara, S. Nagata, B. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research SERIES Vol.8 ページ: 1374-1378
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of high heat flux hydrogen and helium mixture beam irradiation on surface modification and hydrogen retention in tungsten materials (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, T. Fujiwara, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba, H. Kurishita, S. Nagata, B. Tsuchiya, A. Tonegawa, N. Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Material Vol.390-391 ページ: 916-920
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effects of high fluence mixed-species (deuterium, helium, beryllium) plasma interactions with tungsten (2009)
  • 著者名/発表者名: M.J. Baldwin, R.P. Doerner, D. Nishijima, K. Tokunaga, Y. Ueda
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 390-391 ページ: 886-890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of tungsten materials for plasma facing components in Japan (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda Y, N. Ohno, S. Kajita, H. Kurishita, H. Iwakiri, K. Tokunaga K, N. Yoshida
  • 雑誌名: FUSION SCIENCE AND TECHNOLOGY Volume:52Issue:3 ページ: 513-520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Behavior of actively cooled mock-ups with plasma sprayed tungsten coating under high heat flux conditions (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, Y. Kubota, N. Noda, Y. Imamura, A. Kurumada, N. Yoshida, T. Sogabe, T. Kato, B. Schedlerm
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design Vol81 ページ: 133-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of thick plasma spray tungsten coating on ferritic/martensitic steel F82H for high heat flux armor
  • 著者名/発表者名: Y. Yahiro, M. Mitsuhara, K. Tokunaga, N. Yoshida, T. Hirai, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba, H. Nakashima
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of helium implantation on damage during pulsed high heat loading of tungsten
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, T. Fujiwara, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba, N. Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol.36
• [学会発表] タングステン材料のパルス高熱負荷による表面損傷と損耗 (2010)
  • 著者名/発表者名: 徳永和俊, 藤原正, 荒木邦明, 宮本好雄, 中村一男, 栗下裕明, 江里幸一郎, 鈴木哲, 横山堅二, 関洋治, 榎枝幹夫, 秋場真人
  • 学会等名: 日本原子力学会春の年会
  • 発表場所: 水戸市
  • 年月日: 2010-03-27
• [学会発表] Development of high-power-density ion beam system with high repetitive pulse operation (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Sakakita, S. Kiyam, H. Koguchi, Y. Hirano, T. Shimada, M. Tokitani, N. Yoshida, K. Tokunaga
  • 学会等名: International TOKI Conference
  • 発表場所: 土岐市(岐阜県)
  • 年月日: 20091208-20091211
• [学会発表] Surface modification and erosion on newly-developed tungsten materials by pulse high heat loading (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, T. Fujiwara, K. Araki, Y. Miyamoto, K. Nakamura, H. Kurishita, K. Ezato, S. Suzuki, K. Yokoyama, M. Enoeda, M. Akiba
  • 学会等名: Asia Plasma Fusion Association 2009
  • 発表場所: 青森市
  • 年月日: 2009-10-28
• [学会発表] Nanoscopic morphology formation on tungsten induced by Be seeded D-He mixture plasma exposure (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, M.J. Baldwin, R.P. Doerner, D. Nishijima, H. Kurishita, T. Fujiwara, K. Araki, Y. Miyamoto, N. Ohno, Y. Ueda
  • 学会等名: 14th International Conference on Fusion Reactor Material
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2009-10-28
• [学会発表] 低エネルギー・高粒子束D-He混合プラズマ照射によるタングステン材表面におけるナノ構造の形成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 徳永和俊
  • 学会等名: 日本原子力学会
  • 発表場所: 高知工科大学
  • 年月日: 20080904-20080906
• [学会発表] Nanoscopic morphology formation on tungsten induced by D-He mixture plasma exposure (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, M.J. Baldwin, R.P. Doerner, D. Nishijima, H. Kurishita, T. Fujiwara, K. Araki, Y. Miyamoto, N. Yoshida, N. Ohno, Y. Ueda
  • 学会等名: 25th Symposium on Fusion Technology
  • 発表場所: Rostock(Germany)
  • 年月日: 2008-09-17
• [学会発表] ELLIPSOMETRY MESUREMENT ON METALLIC MIRROR MATERIALS IRRADIATED WITH LOW ENERGY HELIUM ION (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, T. Fujiwara, N. Yoshida, A. Ebihara M. Tokitani, A. Sagara, S. Nagata, B. Tsushiya
  • 学会等名: International Congress on Plasma Physics 2008
  • 発表場所: Fukuoka(Japan)
  • 年月日: 2008-09-09
• [学会発表] The effects of high fluence mixed-species (deuterium, helium, beryllium) plasma interactions with tungsten (2008)
  • 著者名/発表者名: M.J. Baldwin1, R.P. Doerner, D. Nishijima, K. Tokunaga, Y Ueda
  • 学会等名: 18th International Conference on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Toledo(Spain)
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] Effects of high heat flux hydrogen and helium mixture beam irradiation on surface modificationand hydrogen retention in tungsten materials (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, T. Fujiwara, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba, H. Kurishita, S. Nagata, B. Tsuchiya, A. Tonegawa, N. Yoshida
  • 学会等名: 18th International Conference on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Toledo(Spain)
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] Optical property change on plasma facing materials irradiated with hydrogen isotope and helium (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, A. Ebihara, M. Tokitani, T. Fujiwara, N. Yoshida, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba
  • 学会等名: 13rd International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Nice(France)
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] Material Properties of Tungsten Coated F-82H Ferritic/ Martensitic Steel (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Yahiro, K. Tokunaga, N. Yoshida, N. Tsukuda, A. Kobayashi, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba, M. Mitsuhara, H. Nakashima
  • 学会等名: 13rd International Conference on Fusion Reactor Materials
  • 発表場所: Nice(France)
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] W/F82Hプラズマ対向材料の開発と評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 八尋由樹, 徳永和俊, 吉田直亮, 平井武志, 小林明, 江里幸一郎, 鈴木哲, 秋場真人, 光原昌寿, 中島英治
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第24回年会
  • 発表場所: 姫路市(兵庫県)
  • 年月日: 20071100
• [学会発表] 中島英治, 低放射化フェライト鋼へのタングステン被覆と熱・粒子負荷特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 八尋由樹, 徳永和俊, 佃昇, 吉田直亮, 小林明, 江里幸一郎, 鈴木哲, 秋場真人, 光原昌寿, 中島英治
  • 学会等名: 日本原子力学会春の年会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 20070300
• [学会発表] プラズマ溶射法による低放射化フェライト鋼へのタングステン被覆 (2007)
  • 著者名/発表者名: 八尋由樹, 徳永和俊, 佃昇, 吉田直亮, 小林明, 江里幸一郎, 鈴木哲, 秋場真人, 光原昌寿, 中島英治
  • 学会等名: プラズマ応用科学会第14会年会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 20070300
• [学会発表] 低放射化フェライト・マルテンサイト鋼へのタングステン被覆と熱・粒子負荷特性2 (2007)
  • 著者名/発表者名: 徳永和俊, 藤原正, 吉田直亮, 江里幸一郎, 鈴木哲, 秋場真人
  • 学会等名: 日本原子力学会「2007年秋の大会」
  • 発表場所: 北九州市
  • 年月日: 2007-09-27
• [学会発表] Applications of tungsten coated materials for divertor and first wall (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, Y. Yahiro, N. Yoshida, N. Ashikawa, S. Masuzaki, M. Tokitani, A. Komori, N. Noda, A. Kobayashi, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba
  • 学会等名: 2007 Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Materials Interactions for Fusion, Fusion High Power Density Components and System, and IEA Workshop on Solid Surface Plasma Facing Components
  • 発表場所: Nara(Japan)
  • 年月日: 2007-07-26
• [学会発表] タングステン被覆低放射化フェライト・マルテンサイト鋼の材料特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 八尋由樹, 徳永和俊, 佃昇, 吉田直亮, 小林明, 江里幸一郎, 鈴木哲, 秋場真人, 光原昌寿, 中島英治
  • 学会等名: 高温学会平成19年度春季学術講演会
  • 発表場所: 吹田市(大阪府)
  • 年月日: 2007-05-30
• [学会発表] ヘリウム予注入されたタングステンのパルス高熱負荷による損傷 (2006)
  • 著者名/発表者名: 徳永和俊, 藤原正, 吉田直亮, 江里幸一郎, 鈴木哲, 秋場真人
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第23回年会
  • 発表場所: 筑波市
  • 年月日: 20061100
• [学会発表] Effects of hydrogen and helium irradiation on optical property of tungsten (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Tokunaga, K. Ezato, S. Suzuki, M. Akiba, T. Fujiwara, N. Yoshida
  • 学会等名: 24th Symposium on Fusion Technology
  • 発表場所: Warsaw(Poland)
  • 年月日: 20060900