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

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20360414
• 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: 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)
• 連携研究者: 栗下 裕明 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50112298) ; 高橋 昭如 東京理科大学, 工学部, 准教授 (00366444) ; 大野 哲靖 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60203890)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• 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 / 高熱流プラズマ生成 / 黒体 / 熱伝達係数

研究概要

高密度(-1018m-3)、2電子温度(高温~30eV,低温~5eV)のプラズマを発生する装置AIT-PIDを完成し、これを用いてタングステン(W)の収容なヘリウム損傷であるナノ構造形成過程の観察と、そのようなWの表面特性(電子放出、赤外線放射特性、スパッタリング等)を明らかにすると共に、プラズマ・アニーリングによるその修復を示し、また炭素薄膜によるナノ構造形成の抑制法を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Power Transmission Factor for Tungsten Target w/wo Fiber-form Nanostructure in He Plasmas withHot Electron Component using Compact Plasma Device AIT-PID (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N. Ohno
  • 雑誌名: Transactions on Fusion Science and Technology 巻: Vol.63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Radiation Characteristics and Direct Evidence of Tungsten Cooling on the way to Nanostructure Formation on Its Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N. Ohno
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.439
  • DOI: DOI:10.1016/j.jnucmat.2013.01.1761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recovery of Tungsten Surface with Fiber-Form Nanostructure by Plasma Exposures (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Miyamoto, S. Takamura and H. Kurishita
  • 雑誌名: Plasma Science and Technology ページ: 161-165
  • DOI: DOI:10.1088/1009-0630/15/2/17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Fiber-Form Nanostrucutre on the Particle Emission from Tungsten Surface in Plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Takamura, T. Miyamoto and N.Ohno
  • 雑誌名: Bulletin of Research Institute for Industrial Technology, AIT 巻: Vol.14 ページ: 27-34
  • URL: http://so-ken.aitech.ac.jp/soken/report/2012.html
• [雑誌論文] Optical properties of nanostructured tungsten in near infrared range (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno, T. Yokochi, N. Yoshida, R.Yoshihara, S. Takamura and T.Hatae
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: Vol.54 ページ: 105015(7)
  • DOI: DOI:10.1088/0741-3335/54/10/105015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of fiber-form nanostrucutre on the particle emission from tungsten surface in plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Takamura, T. Miyamoto and N.Ohno
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: Vol.52 ページ: 123001(8)
  • DOI: DOI:10.1088/0029-5515/52/12/123001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of the compact plasma device AIT-PID with multicusp magnetic confinement (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: Vol.7(S1) ページ: S19-S24
  • DOI: DOI:10.1002/tec.21801
  • 査読あり
• [雑誌論文] TEM analysis of high temperature annealed W nanostructure surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Yoshida, R. Yoshihara,N. Ohno, T. Yokochi, M. Tokitani and S.Takamura
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.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 device (2011)
  • 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 surface (2011)
  • 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] Tungsten blow-off in response to the ignition of arcing: Revival of arcing issue in future fusion devices (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, , N. Ohno and S. Ta kamura
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.415 ページ: 42-45
  • DOI: DOI:10.1016/j.jnucmat.2010.08.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recovery of Tungsten Surface with Fiber-Form Nanostructure by the Argon Plasma Irradiation at a High Surface Temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura and T. Miyamoto
  • 雑誌名: Plasma Fusion Res./ RapidCommunications 巻: Vol.6 ページ: 005(2)
  • DOI: DOI:10.1585/pfr.6.1202005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deepening of Floating Potential fo r Tungsten arget Plate on the way to Nanostructure Formation (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N. Ohno
  • 雑誌名: Plasma FusionRes./ Rapid Communications 巻: Vol. 5 ページ: 039(2)
  • DOI: DOI:10.1585/PFR.5.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compact Plasm a Device for PWI Studies (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, N. Ohno, M. Kando, G. Kushida and T. Tsujikawa
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. SERIES 巻: Vol.9 ページ: 441-445
  • URL: http://www.jspf.or.jp/JPFRS/PDF/Vol9/jpfrs2010_09-441.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of Catho de Spot Grouping using Nanostrucured Electrode (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno, S. Takamura and Y. Tsuji
  • 雑誌名: Physics Letters A 巻: Vol.373 ページ: 4273-4277
  • DOI: DOI:10.1016/j.physleta.2009.09.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Divertor Plasmas and Its Application to Nuclear Fusion Study (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Ohno, S, Kajita, M. Takagi and S. Takamura
  • 雑誌名: IEEJ Transactions 巻: Vol. 4 ページ: 476-487
  • DOI: DOI:10.1002/tee.20433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spherical cauliflower-like carbon dust formed by interaction between deuterium plasma and graphite target and its internal structure (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Ohno, M. Yshimi, M. Tokitani, S. Takamura, K. Tokunaga and N. Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.390-391 ページ: 61-64
  • DOI: DOI:10.1016/j.jnucmat.2009.01.051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prompt Ignition of a Unipolar Arc on Helium Irradiated Tungsten (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, S. Takamura and N. Ohno
  • 雑誌名: NuclearFusion 巻: Vol.49 ページ: 032002(4)
  • DOI: DOI:10.1088/0029-5515/49/3032002
  • 査読あり
• [雑誌論文] 核融合プラズマと プラズマプロセッシングの橋渡 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大野哲靖、高村秀一
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: Vol.84 ページ: 740-749
  • URL: http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jsp f2008_11/jspf2008_11-740.pdf
• [学会発表] エネルギー伝達係数の微視表面状態に 対する依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小野秀介,高村秀一,中西浩規,松田翔
  • 学会等名: 電気学会全国大会
  • 発表場所: 名 古屋大学、名古屋市
  • 年月日: 20130320-0322
• [学会発表] 繊維状 ナノ構造形成タングステンの放射冷却特 性とシース熱伝達係数 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一,小野秀介,大野哲靖
  • 学会等名: 2012年度NIFS共同研究合同研究会
  • 発表場所: 核融合科学研 究所、土岐市
  • 年月日: 20121220-1221
• [学会発表] タングステン材料への炭素被覆による繊維状ナノ組織形成の阻止 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一,榊原司,大野哲靖
  • 学会等名: 第29回プラズマ核融合学会年会
  • 発表場所: クローバープラザ,春日 市。
  • 年月日: 20121127-1130
• [学会発表] Cooling Characteristics and Mitigation of He-Defected Tungsten with Nanostructured Surface (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N. Ohno
  • 発表場所: San Diego, USA.
  • 年月日: 20121008-1013
• [学会発表] Power Transmission Factor for Tungsten Target w/wo Fiber-Form Nanostructure in He Plasmas with Hot Electron Component using Compact Plasma Device AIT-PID (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N. Ohno
  • 学会等名: Joint Conference of 9th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma confinement (OS2012) and 3rd International Workshop on Plasma Material Interaction Facilities for Fusion (PMIF 2012)
  • 発表場所: Tsukuba, Japan.
  • 年月日: 20120827-0831
• [学会発表] タングステンの表面特性から 見た,ナノ構造形成に対する対処方策 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 学会等名: 平成24年度核融合エネルギーフォーラ ム・プラズマ物理サブクラスター合同会 合
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構那珂核融合 研究所、那珂市
  • 年月日: 20120808-0809
• [学会発表] プラズマ中におけ るタングステン表面からの粒子放出への 繊維状ナノ構造の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一,宮本隆徳
  • 学会等名: 第9回核融合エ ネルギー連合講演会
  • 発表場所: 神戸国際会議場,神戸市
  • 年月日: 20120628-0629
• [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、土岐市。
  • 年月日: 20120105-0106
• [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、土岐市
  • 年月日: 20111213-1214
• [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、高村秀一
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂、金沢市。
  • 年月日: 20111122-1125
• [学会発表] ヘリウ ム損傷タングステンの特性評価とその修 復 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一、宮本隆徳、大野哲靖
  • 学会等名: PWI 合同研究会、核融合科学研究所(岐阜県)。
  • 年月日: 20111117-1118
• [学会発表] Power Transmission and Thermal Emission Characteristics of Tungsten Surface with and without Helium Defects (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Takamura、T. Miyamoto, J. Morisue and N.Ohno
  • 学会等名: 8th General Scientific Assembly of the Asia Plasma and Fusion Association in 2011
  • 発表場所: Guilin, China.
  • 年月日: 20111101-1104
• [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、高村秀一、出野慧
  • 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、津市。
  • 年月日: 20110926-0927
• [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の修復 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮本隆徳、高村秀一
  • 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、東京都。
  • 年月日: 20110921-0922
• [学会発表] ヘリウム損傷タングス テンの温度履歴とその修復 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮本隆徳、高村秀一、恵比根拓也、森本 泰介、成瀬貴臣
  • 学会等名: 平成22年度電気関係学会東海支部連合大会,中部 大学(愛知県)。
  • 年月日: 20110830-0831
• [学会発表] Surface Characteristics of Tungsten Materials w/wo Helium Defects (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N. Ohno
  • 学会等名: 2011Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma Materials 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: 20110829-0831
• [学会発表] Outstanding Properties of Tungsten Material with Fiber-form Nanostructured Subsurface for the Wall of Fusion Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N.Ohno
  • 学会等名: 38th EPS Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: Strasbourg, France.
  • 年月日: 20110727-0801
• [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、宮本隆徳、大野哲靖
  • 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、つくば市。
  • 年月日: 20110720-0722
• [学会発表] シンポジウム III極限重相 科学によるタングステン PWI 研究の新展 開 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 学会等名: 第27回プラズマ・核融合学会年会, パネラー3.PWI 研究の現状と課題
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館(北海道)、札幌市。
  • 年月日: 20101130-1203
• [学会発表] Ignition of Self-sustained Unipolar Arc in a Plasma", International Congress on Plasma Physics, ICPP-LAWPP2010, Chile, ( (2010)
  • 著者名/発表者名: S. KAJITA, S.Takamura and N.Ohno
  • 学会等名: Invited Tal
  • 発表場所: Santiago, Chile.
  • 年月日: 20100808-0813
• [学会発表] タング ステン材料表面のヘリウム損傷に及ぼす 温度履歴効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一、宮本隆徳、大野哲靖
  • 学会等名: 第8回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: 高山市民文化会館(岐阜県)。
  • 年月日: 20100610-0611
• [学会発表] Investigation on the Effectof Temperature Excursion on the Helium Defects of Tungsten Surface by using Compact Plasma Device (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, T. Miyamoto and N.Ohno
  • 学会等名: 19th International Conference on Plasma-Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
  • 発表場所: San Diego, California, USA.
  • 年月日: 20100524-0528
• [学会発表] 核融合プ ラズマ対向材料としての高融点材料の現 状と課題 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大野哲靖、梶田信、高村秀一
  • 学会等名: プラズマ科学シンポジウム2009
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2009-02-04
• [学会発表] Recovery of Tungsten Surface with Fiber-Form Nanostructure by the Effect of Surface Temperature Increase in Plasmas
  • 著者名/発表者名: T. Miyamoto and S. Takamura
• [学会発表] コンパクトプラズマ発生装置AIT-PIDにおける PWI のための高密度プ ラズマ生成
  • 著者名/発表者名: 恵比根拓也、高村秀一、海野翔太、宮本 隆 徳
• [学会発表] ヘリウム損 傷タングステンの表面特性とその修復
  • 著者名/発表者名: 宮本隆徳、高村秀一、恵比根拓也、森本 泰介、成瀬貴臣、大野哲靖
• [学会発表] コンパクトプラズマ発 生装置 AIT-PID におけるモータ駆動高速 探針計測システム
  • 著者名/発表者名: 恵比根拓也、高村秀一、宮本隆徳、森本 泰介、成瀬貴臣
• [学会発表] Tungsten blow-off in response to the ignition of arcing: revival of arcing issue in future fusion devices", 同 上。
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno and S. Takamura
• [図書] 境界領域 プラズマ理工学の基礎 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 総ページ数: 68
  • 出版者: 森北出版株式会社