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2019 年度 実施状況報告書

核融合炉壁材料中の水素同位体深さ分布のプラズマ照射エネルギー依存性

研究課題

研究課題/領域番号 19K14692
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

矢嶋 美幸  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70749085)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードタングステン / ヘリウムバブル / 核融合 / 水素同位体 / 弾性反跳粒子検出法 / ERDA / イオンビーム加速器 / プラズマ・壁相互作用
研究実績の概要

核融合炉候補材料であるタングステンにヘリウムが照射されると、タングステン表面近傍にヘリウムの集合体(以下、ヘリウムバブルと表記する)が形成されることがわかっている。ヘリウムバブルが形成により水素同位体の拡散を阻害、あるいは、ヘリウムバブルの連結により水素同位体の脱離を促進することが示されてきた。しかし試料中の水素同位体分布については、まだ十分に明らかになってはいない。特に核融合デモ炉の設計・運用に寄与する、入射イオンエネルギー依存性に関する基礎データは未だ得られていない。そこで本研究では核融合科学研究所が所有するイオンビーム加速器を用いて、ヘリウムバブルが形成した試料の水素同位体保持量の深さ分布について明らかにすることを目指す。
本年度はまず、イオンビーム解析装置の装置性能を確認するため、同装置を用いて、弾性反跳粒子検出法(ERDA)による軽水素(H)の深さ分布計測を行った。得られた反跳 H のエネルギー分布をシミュレーションソフト SIMNRA(https://home.mpcdf.mpg.de/~mam/)を用いて解析した。その結果、本イオンビーム解析装置を用いることで試料中 H の深さ分布を得られることが確認できた。来年度は実際にヘリウムバブル形成タングステン試料を用いた分析を進め、水素同位体拡散のヘリウムプラズマ入射イオンエネルギー依存性について明らかにしていく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は当初の計画通りに、イオンビーム解析装置を用いることで、材料中に保持された水素同位体の深さ分布を取得することができた。

今後の研究の推進方策

来年度は下記の5つの実験を実施する予定である。1)ヘリウムバブル形成タングステン試料の作成、2)ヘリウムバブル形成タングステン試料の断面観察、3)重水素プラズマ照射、4)弾性反跳粒子検出法(ERDA)による水素同位体の深さ分布計測、5)核反応解析法(NRA)による重水素計測環境整備。

次年度使用額が生じた理由

今年度は水素同位体深さ計測の際に弾性反跳粒子検出法(ERDA)を使用したため、3Heガスボンベは使用しなかった。本年度以降、改めて核反応法 (NRA)計測用の3Heガスボンベを購入する予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Kurchatov Institute/Russian Academy of Sciences(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Kurchatov Institute/Russian Academy of Sciences
  • [雑誌論文] Helium irradiation effects on the surface modification and recrystallization of tungsten2020

    • 著者名/発表者名
      Khan A、De Temmerman G、Kajita S、Greuner H、Balden M、Hunger K、Ohno N、Hwangbo D、Tomita Y、Tokitani M、Nagata D、Yajima M
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: T171 ページ: 014050~014050

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ab52c6

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of remaining tritium in the LHD vacuum vessel after the first deuterium experimental campaign2020

    • 著者名/発表者名
      Masuzaki S、Otsuka T、Ogawa K、Yajima M、Tokitani M、Zhou Q、Isobe M、Oya Y、Yoshida N、Nobuta Y、the LHD Experiment Group
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: T171 ページ: 014068~014068

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ab6d44

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Helium and hydrogen interaction in tungsten simultaneously irradiated by He+-H2+ at high temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Zhou Qilai、Togari Akihiro、Nakata Moeko、Zhao Mingzhong、Sun Fei、Yajima Miyuki、Tokitani Masayuki、Masuzaki Suguru、Yoshida Naoaki、Hara Masanori、Hatano Yuji、Oya Yasuhisa
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 45 ページ: 9959~9968

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2020.01.202

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microstructure and Retention in He-W Co-Deposition Layer2020

    • 著者名/発表者名
      ASAI Kosuke、YOSHIDA Naoaki、OHNO Noriyasu、KAJITA Shin、TANAKA Hirohiko、YAJIMA Miyuki、NAGATA Daisuke
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 15 ページ: 1201004~1201004

    • DOI

      10.1585/pfr.15.1201004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of mixed-material layers deposited on the toroidal array probes during the FY 2012 LHD plasma campaign2019

    • 著者名/発表者名
      Alimov V.Kh.、Yajima M.、Masuzaki S.、Tokitani M.
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 147 ページ: 111228~111228

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.06.001

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Kinetics of deuterium penetration into neutron-irradiated tungsten under exposure to high flux deuterium plasma2019

    • 著者名/発表者名
      Yajima M.、Hatano Y.、Ohno N.、Kuwabara T.、Toyama T.、Takagi M.、Suzuki K.
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 21 ページ: 100699~100699

    • DOI

      10.1016/j.nme.2019.100699

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] LHD第一壁におけるHeおよび水素同位体保持量評価2019

    • 著者名/発表者名
      矢嶋美幸、吉田直亮、V. Kh Alimov、増崎貴、時谷政行、本島厳
    • 学会等名
      プラズマ核融合学会
  • [学会発表] 中性子照射タングステンの水素同位体吸収・放出の動力学2019

    • 著者名/発表者名
      外山健、矢嶋美幸、大野哲靖、桒原竜弥、V. Kh Alimov、波多野雄治
    • 学会等名
      プラズマ核融合学会
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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