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2011 年度 実績報告書

新しい高粒子束プラズマ源を用いたタングステン壁ヘリウム損傷過程の解明とその制御

研究課題

研究課題/領域番号 20360414
研究機関愛知工業大学

研究代表者

高村 秀一  愛知工業大学, 工学部, 教授 (40023254)

キーワードプラズマ・核融合 / プラズマ-壁相互作用 / タングステン / 繊維状ナノ構造 / ヘリウム損傷
研究概要

1)プラズマ発生装置: 本研究のための中枢の装置であるAIT-PIDを完成した。プラズマ計測のための探針駆動についてもステッピングモータ制御の高度化により高速化の見通しがつき、より高密度プラズマの高信頼性計測が可能となった。プラズマ閉じ込めの方位角方向の非対称性についても検討を加え、論文としてまとめ、学会誌に投稿中である。
2)ヘリウム損傷の抑制: メタン導入設備を完成し、W表面に炭素被膜形成が可能となった。炭素膜形成によりナノ構造形成が完全に抑えられることが明らかになった。また炭素被膜の寿命はヘリウム・イオン等のスパッタによって決まることも明らかになった。
3)ナノ構造形成タングステンの修復: 修復については既に成功しているのであるが、TFGR-WがPM-WやITER grade-Wに比して修復し難く、プラズマ・アニーリングに要する時間が長く必要であることがわかった。これはTiCなどの混合物の添加が原因である可能性がある。
4)ナノ構造タングステンの表面物性
・細い(0.5μmΦ)R型熱電対で黒色化に伴う温度低下(冷却)を放射温度計に頼らずに測定することによりナノ構造が形成されて黒色化したWの全放射率の値~0.45が得られた。
・ArやHeプラズマに対するタングステン板への熱伝達係数を測定した。黒色化に伴いHeイオンのエネルギー反射係数の増加という新しい知見が得られた。また高温電子が存在する非マクスウェル分布の熱伝達係数を規格化シース電圧の関数として求めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

タングステンのヘリウム損傷として重要な繊維状ナノ構造に関して当初以上の多くの知見が得られた。表面物性として(1)電子放出の抑制、(2)スパッタリングの抑制、(3)全放射率の増大の定量化、(4)イオンエネルギー反射係数の増大の定量化、そして損傷抑制としての炭素被膜効果。プラズマ・アニーリングによる修復の実証と材料製造方法による修復速度の相違の発見など。

今後の研究の推進方策

W表面の繊維状ナノ構造形成の物理機構に注目する。そのためにタンタルなどの異なった高融点金属におけるヘリウム損傷発生条件をWのそれと比較する。例えば温度範囲が異なるとすれば何(例えば粘性率)が鍵であるのかを明らかにする必要がある。この上でMDシミュレーションや理論の専門家に知見をインプットして総合的にモデルに迫る。すでにWナノ構造形成温度領域ではTaの場合バブル/ホールの形成が認められた。より低温で高粒子束の照射ができるよう冷却機能を持った標的板を準備する必要がある

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (11件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] TEM analysis of high temperature annealed W Nanostructure surfaces2012

    • 著者名/発表者名
      S.Kajita
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 421 ページ: 22-27

    • DOI

      doi:10.1016/j.jnucmat.2011.11.044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation on the effect of temperature excursion on the helium defects of tungsten surface by using compact plasma device2011

    • 著者名/発表者名
      S. Takamura, T. Miyamoto Y. Tomida, T. Minagawa, and N. Ohno
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: Vol. 415 ページ: S100-S103

    • DOI

      DOI:10.1016/j.jnucmat.2010.12.021

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Motion of unipolar arc spots ignited on a nanostructured tungsten surface2011

    • 著者名/発表者名
      S. Kajita, S. Takamura and N. Ohno
    • 雑誌名

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      巻: Vol. 53 ページ: 074002(13)

    • DOI

      DOI:10.1088/0741-3335/53/7/074002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recovery of Tungsten Surface with Fiber-Form Nanostructure by the EfiFect of Surface Temperature Increase in Plasmas2011

    • 著者名/発表者名
      T.Miyamoto
    • 雑誌名

      Bulletin of Research Institute for Industrial Technology, AIT

      巻: 13 ページ: 23-28

  • [雑誌論文] Development of High Heat Plasma Generator with Ion Beam Analysis and In-situ Measurement of Hydrogen Isotope Retention2011

    • 著者名/発表者名
      N.Ohno
    • 雑誌名

      Annual Report of National Institute for Fusion Science April 2010-March 2011

      巻: NIFS November 2011 ページ: 218-218

  • [雑誌論文] Tungsten blow-off in response to the ignition of arcing : Revival of arcing issue in future fusion devices2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kajita
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 415 ページ: S42-S45

    • DOI

      doi:10.1016/j.jnucmat.2010.08.03

    • 査読あり
  • [学会発表] タングステン表面へのエネルギー伝達係数の重要性とその評価2012

    • 著者名/発表者名
      高村秀一
    • 学会等名
      NIFS共同研究合同研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所
    • 年月日
      20120105-20120106
  • [学会発表] タングステンなの構造形成時における温度低下の直接測定と全放射率の評価2011

    • 著者名/発表者名
      高村秀一
    • 学会等名
      PWI合同研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所
    • 年月日
      20111213-20111214
  • [学会発表] 繊維状ナノ構造He損傷タングステンの表面特性解析2011

    • 著者名/発表者名
      宮本隆徳
    • 学会等名
      Plasma Conference 2011
    • 発表場所
      石川県立音楽堂
    • 年月日
      20111122-20111125
  • [学会発表] Power Transmission and Thermal Emission Characteristics of Tungsten Surface with and without Helium Defects2011

    • 著者名/発表者名
      S.Takamura
    • 学会等名
      8^<th> General Scientific Assembly of the Asia Plasma and Fusion Association in 2011
    • 発表場所
      Guilin, China
    • 年月日
      20111101-20111104
  • [学会発表] Recovery of Tungsten Surface with Fiber-Form Nanostructure by the Effect of Surface Temperature Increase in Plasmas2011

    • 著者名/発表者名
      T.Miyamoto
    • 学会等名
      8^<th> General Scientific Assembly of the Asia Plasma and Fusion Association in 2011
    • 発表場所
      Guilin, China
    • 年月日
      20111101-20111104
  • [学会発表] ナノ繊維状構造を持つヘリウム損傷タングステン表面特性評価2011

    • 著者名/発表者名
      宮本隆徳
    • 学会等名
      平成23年度電気関係学会東海支部連合大会
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      20110926-20110927
  • [学会発表] 繊維状ナノ構造を持つヘリウム損傷タングステンの修復2011

    • 著者名/発表者名
      宮本隆徳
    • 学会等名
      平成23年度電気学会基礎・材料・共通部門大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      20110921-20110922
  • [学会発表] Surface Characteristics of Tungsten Materials w/wo Helium Defects2011

    • 著者名/発表者名
      S.Takamura
    • 学会等名
      2011 Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Mateials Interactions for Fusion, and IEA Workshop on Solid Surface Plasma Facing Components
    • 発表場所
      CO-OP INN Kyoto, Kyoto, Japan
    • 年月日
      20110829-20110831
  • [学会発表] Tungsten Erosion by the Initiation of Unipolar Arcs in Nuclear Fusion Devices2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kajita
    • 学会等名
      28^<th> International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG2011)
    • 発表場所
      Belfast, U.K
    • 年月日
      20110828-20110902
  • [学会発表] プラズマ対向壁材料としてのタングステンの表面特性2011

    • 著者名/発表者名
      高村秀一
    • 学会等名
      核融合エネルギーフォーラム合同研究会
    • 発表場所
      つくばサイエンスインフォメーションセンター大会議室
    • 年月日
      20110720-20110722
  • [学会発表] Outstanding Properties of Tungsten Material with Fiber-form Nanostructured Subsurface for the Wall of Fusion Reactor2011

    • 著者名/発表者名
      S.Takamura
    • 学会等名
      38^<th> EPS Conference on Plasma Physics
    • 発表場所
      Strasbourg, France
    • 年月日
      20110627-20110701
  • [備考]

    • URL

      http://kyoin.aitech.ac.jp/ait/ENPMainServlet?nwid=008&targetTemplateID=009&pid=700843

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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