| 研究課題/領域番号 |
18K04718
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
信太 祐二 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80446450)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 水素透過 / ガスバリア / ヘリウム照射 / 照射欠陥 / ヘリウム気泡 / グロー放電 |
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| 研究実績の概要 |
水素の利用が広まる中で水素容器からの水素の漏れ（透過）を防ぐ水素ガスバリア機能の需要が増している．既存技術として水素透過の小さな膜を容器にコーティングする方法があるが，クラックや剥離などが生じる可能性がある．本研究では，ヘリウム照射により金属内に形成される照射欠陥が水素の侵入を妨げる特性を利用した新しい水素ガスバリア機能強化法の確立を目指す．ガスバリア機能が最も向上するヘリウム照射条件やそれが成り立つ欠陥構造メカニズム等を明らかにする．
初年度であるH３０年度は重水素透過装置の構築からはじめた．透過測定における試料の取り付け方については，一般的な配管継手であるVCRの継手（グランド）で試料をはさむ構造とした．この状態で片面を高圧の重水素ガスに曝し，低圧側への重水素透過を四重極質量分析計で測定する．重水素を利用する理由は，軽水素は真空チャンバ内に残留ガスとして多く存在するため透過量を精度よく測定できないからである．試料取り付け部をヘリウムでリークチェックし十分な気密性が保たれることを確認した．
透過装置の構築を行った後，ヘリウム照射したステンレス鋼（SUS316L）およびアルミニウム試料に対し重水素透過実験を行った．直流ヘリウムグロー放電の陰極部でプラズマ曝露することにより比較的低エネルギー（220-240[eV]）のヘリウムイオンを照射した．照射中の試料温度は室温である．照射後の試料に対し重水素透過測定を行った．様々なヘリウム照射量の試料に対し測定したが，透過速度は未照射のものとあまり変わらないことがわかった．この照射条件では十分な欠陥構造が形成されていないことが理由として考えられる．アルミニウムに関しては，透過が非常に小さく透過速度を制度よく評価することができず，測定方法に課題が残った．
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| 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
最初の課題である重水素透過測定装置は予定通り構築することができた．ステンレス鋼に関しては，照射温度が室温でのヘリウムグロープラズマ照射では重水素透過速度がほとんど変化しないことがわかった．今後は異なる照射条件（エネルギー，照射量，照射温度）で行う予定である．また，アルミニウムに関しては，透過速度が非常に少なく測定できなかったため，試料を大きして透過面積を増やすことやより薄い試料で透過測定するなど，測定手法の改善を行う予定である．以上から総合的に判断しやや遅れていると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
ここまでの実験により，グロープラズマ照射のような低エネルギーのヘリウム照射では重水素透過はあまり抑制されないことがわかった．この理由として，入射するヘリウムのエネルギーが低いため照射欠陥層が十分に発達しなかったことが考えられる．次年度は，より高エネルギー（～数keV）のヘリウムイオン照射や高温での照射を行い，照射欠陥を十分発達させた試料の重水素透過測定を行う．また，実際にどのような照射欠陥（ヘリウム気泡，転移ループ，等）が形成されているのかを電子顕微鏡観察等により調べ，重水素透過特性の変化と微細構造にどのような関係があるのかについても評価する．さらに，照射後の表面元素分析も行い，ヘリウム照射後の不純物の付着などが透過に影響していないかについても確認する．これらの成果をまとめ学会発表も積極的に行いたい．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初は重水素透過を測定するための真空装置を個別に構築する予定だったが，本研究で用いるグロー放電装置を改造し，透過測定装置をグロー放電装置に併設することで同じ排気系を使えるように工夫した．これにより，排気ポンプなどを購入する必要がなくなった．加えて，消耗品を極力効率的に利用するよう努めた．また，ここまでの実験では十分な重水素透過の抑制が見られなかったため予定していた国内発表をとりやめた．以上の理由から次年度使用額が生じた．これらの残額は，高温照射のための試料加熱ヒータ等の設備，透過量を増やすための試料取り付け部の改善やより高圧で曝露する際に使用する圧力計の購入，などに使用する予定である．また，得られたデータを取りまとめ学会発表も積極的に行いたい．
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