| 研究課題/領域番号 |
23246161
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
田中 知 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10114547)
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| 研究分担者 |
落合 謙太郎 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究副主幹 (30370373)
谷川 尚 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究副主幹 (70370426)
大矢 恭久 静岡大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80334291)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 核融合 / ブランケット / 固体増殖材料 / 照射損傷 / 熱機械特性 / X線CT / ラマン分光 / 分子シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，ペブル充填式の固体増殖ブランケットを対象に，核融合炉環境下に置かれた際に想定される長期的な特性変化を明らかにし，ブランケット設計を行う上で必要な学術基盤を拡充することである．特に，固体増殖材料ペブルの(1)長期の物理的・化学的特性変化と，(2)長期の照射損傷過程に注目し，実験と計算機シミュレーションを組み合わせてその理解とモデル化を試みた．有力な固体増殖材料であるLi2TiO3を中心に研究を展開した．
長期的な照射損傷をモデル化するために，実験結果との比較から，(i)リチウムのトリチウムへの核変換によるLi2Oユニットの減少と，(ii)フレンケル対や置換型欠陥（Li置換型Ti，Ti置換型Li）の蓄積の，2つの損傷プロセスを考慮したモデルを提案した．照射損傷の程度と熱・機械物性との相関を，分子動力学計算を用いて評価した．具体的には，Li2O欠損，フレンケル対，置換型欠陥の量の関数として，体積弾性率などの機械物性値および熱伝導率などの熱物性値を算出し，相関式を決定した．欠陥および損傷構造の化学的安定性については，材料中の各イオンの電荷の変化を適切に反映する必要があるため，量子力学計算を用いて評価した．量子力学計算では，密度汎関数法に基づく計算を実施し，計算精度を高めるために，ラマン分光実験の結果とバンドギャップを参照データとして最適化した，HSE型のHybrid汎関数を利用した．Hybrid汎関数ではなく，一般に利用されているPBE汎関数等を利用した場合，欠陥エネルギーに数eV程度の誤差が生じることを確認した．加えて，熱・機械物性の照射損傷に伴う変化がぺブルの充填構造に与える影響を，離散要素法を利用して評価した．
最終的に，以上の照射損傷過程および物理的・科学的特性変化に関する研究成果を，固体増殖材料の長期的な特性変化という観点から整理し，本研究をまとめた．
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| 現在までの達成度 (段落) |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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