| 研究課題/領域番号 |
21K13903
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
小林 真 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (50791258)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 照射欠陥 / タングステン / トリチウム |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、本研究で構築したタングステン中の照射欠陥の移動現象に係るプログラムにより、鉄イオンやタングステンイオンなどの重イオン照射したタングステン中の原子空孔密度について評価を行った。具体的には、6.4MeVの鉄イオン、20MeVのタングステンイオンを、0.24dpaまで照射した試料について、原子空孔密度の深さ方向分布を評価した。
これらのイオン照射した試料については、イオン照射後に重水素ガスや原子に曝露し、滞留した重水素の密度分布計測を行った文献値が存在するため、そのデータとの比較から本プログラムの妥当性を評価した。
室温付近での照射では、照射中の原子空孔の集合は限定的であり、比較的小さな原子空孔が支配的であることが示された。また、原子空孔密度の深さ分布については、イオン入射面でやや密度が上昇し、それよりも深い領域では平坦、イオンの飛程に沿って密度が減少することが示された。この予測値は上記の実験データとよく一致した。原子空孔の分布は原子空孔と対となる格子間原子の移動に強く依存し、特にイオン入射面においては拡散の速い格子間原子が消滅するため、格子間原子密度が減少し、原子空孔の再結合確率が減少することで、残留する原子空孔密度が上昇することがわかった。
本計算で予測された、タングステン中に残留する原子空孔密度と原子空孔に捕獲された重水素の密度の実測値の比率は５～７程度で、単原子空孔に最大で6個水素原子が捕獲されるという第一原理計算の結果と一致した。
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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
高エネルギーの粒子が衝突する際に発生するカスケード散乱は照射欠陥クラスターの生成分布を決定するが、現状では、この過程の計算精度が不十分で、その後の欠陥分布の成長を精度よく評価することができていないことが分かってきた。このため、MD計算を行う必要があるが、その手法の習得などに時間を要している。
また、計算のベンチマークのための水素同位体透過実験についても遅れが生じている。これは、加速器を用いたタングステンへの軽イオン照射により試料を準備するところで、試料の放射化により取り扱いに時間を要していることが理由である。冷却が十分に済んだのち、実験に取り掛かる予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
よりプログラムを精度の良いものにするため、2点の改良を施す。1点目は上で記載したカスケード散乱過程から照射欠陥クラスターを見積もる。このため、タングステン中にはじき出し原子が発生した際の結晶構造の変化をMDにより評価する。2点目は、欠陥クラスターをグループ化することで、サイズの大きい照射欠陥の移動現象を適切に評価することが可能とする。以上の改良によりプログラムの精度を飛躍的に向上させる。
プログラム改良と並行してベンチマーク試験を実施する。イオン照射及び電子線照射したタングステン試料を調整済みであるため、これらを試料とした実験を行う。具体的には、重水素ガスを用いた透過実験により、重水素の透過速度からタングステン中の照射欠陥の密度を評価する。この実験のクロスチェックとして、トリチウムイオンビームを低温でタングステンに入射し、アルカリ溶液に浸漬することでタングステンを表面から溶解し、液相中のトリチウム濃度を液体シンチレーション計数装置で計測する。タングステンの質量減少とトリチウム溶存量の関係から照射欠陥密度を評価する。
以上、プログラムの改良とベンチマーク試験の結果から、プログラムの妥当性評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍の影響で参加予定であった国際会議が延期、またはオンライン化されたことで、コストを下げることができた。
また、軽イオン照射したタングステン材料の放射化により速やかに実験を行うことが不可能であったため、その分執行額が減少した。
今年度は試料の冷却も済んでおり実験を実施するため、必要な資機材を購入する予定である。
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