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本研究は、耐粒子線照射特性に優れるナノ組織制御型タングステン合金の核融合炉プラズマ対向機器への適用を目標とし、実機における複合応力負荷とヘリウムイオン照射による表面損傷挙動の関係に着目し、以下3つの事項を達成することを目的とする。
(1) 実負荷条件を考慮した複合応力負荷下ヘリウムイオン照射によるナノ組織制御型タングステンの表面損傷挙動の評価とそのメカニズムの解明
(2) 複合応力負荷下におけるナノ組織制御型タングステンの表面損傷挙動の解析予測モデルの構築
(3) 実負荷条件における複合応力負荷を考慮したナノ組織制御型タングステンの最適材料設計指針の策定
平成20年度は、まず、現有のイオン照射装置に取り付け可能な、高温超高真空中において試験片に曲げ応力を負荷可能な高温応力負荷照射ステージとその計測システムを設計・製作した。次に、この装置を用いて、純タングステンに対し応力負荷有り/無しの条件においてヘリウムイオンを照射し、表面損傷挙動と応力負荷状態との関係を評価した。その結果、ブリスタリングなどの表面損傷は、弾性変形内の応力負荷により促進されるが、塑性変形を伴う応力負荷ではその促進の程度が小さいことを明らかにした。さらに、平成21年度以降における研究のため、アルゴン雰囲気におけるメカニカルアロイング法により、ナノ組織制御型タングステン合金作製した。本合金は、チタンカーバイドを添加し結晶粒の超微細化と粒界強度の向上を図ることにより、室温においても充分な強度と靱性を有するものとした。
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