照射欠陥移行現象の体系化による核融合炉真空容器内トリチウムの蓄積量評価

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K13903
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 小林 真 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (50791258)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 照射欠陥 / タングステン / トリチウム

研究実績の概要

開発した照射欠陥輸送コードを用い、定常運転下でのダイバータバッフル部における原子空孔密度を評価した。バッフル部表面から0.5mm幅で５メッシュ分のポイントにおける温度と中性子エネルギースペクトルを評価した。続いて、PHITSコードにより中性子衝突に伴う損傷速度、及びPKA(Primary Knock-on Atom)のエネルギー分布から照射欠陥のサイズ分布を検討した。この損傷速度、サイズ分布、そして各ポイントの温度をインプットデータとして、時間経過に伴う原子空孔密度を評価した。
バッフル部の、配管中心位置から深さ0.5 mmにおける、原子空孔密度の時間変化(最大100万秒 : ~0.04dpa相当)を予測した結果、結晶粒内の位置によって原子空孔密度の挙動は異なり、表面では原子空孔密度は定常に達しているが、バルク領域では依然増加傾向で、100万秒時点で原子空孔密度は0.02 at.%程度となると評価された。この原子空孔密度はバッフル表面からの深さに従って減少傾向であった。
一方で、より長時間に渡る原子空孔密度評価には、時間ステップや計算の収束判定などを工夫する必要があることがわかった。
シミュレーションと並行して、電子線やプロトンビーム照射により欠陥を導入した試料を調製し、陽電子寿命の変化や重水素の透過速度計測を通じて、欠陥の種類や密度、サイズに関する情報を収集した。

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous measurements for fast neutron flux and tritium production rate using pulse shape discrimination and single crystal CVD diamond detector (2024)
  • 著者名/発表者名: M.I. Kobayashi, S. Yoshihashi, K. Ogawa, M. Isobe, T. Aso, M. Hara, S. Sangaroon, S. Tamaki, I. Murata, S. Toyama, M. Miwa, S. Matsuyama and M. Osakabe
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 64 ページ: 066026
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ad3f2e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control and Application of Ultrahigh Hydrogen Flux in Materials (2023)
  • 著者名/発表者名: KOBAYASHI Makoto I.、HATANO Yuji、HARA Masanori、OYA Yasuhisa、YAMAUCHI Yuji、OTSUKA Teppei、NAGASAKA Takuya
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 18 ページ: 2105073～2105073
  • DOI: 10.1585/pfr.18.2105073
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 先進核融合炉における材料・炉工学研究, S1 趣旨説明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林 真
  • 学会等名: 第40回プラズマ・核融合学会年会
• [備考] NIFS NEWS, 研究最前線, 水素と金属材料の相互作用
  • URL: https://www.nifs.ac.jp/about/NIFS-NEWS/268/NIFS_News_268.html