ＥＬＭに伴う壁へのプラズマ熱負荷軽減に向けての新たな学術基盤の構築

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23656578
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 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: 大宅 薫 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (10108855)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 核融合 / プラズマ‐壁相互作用 / タングステン / ヘリウム損傷 / 繊維状ナノ構造 / 電子放出 / 過渡的熱負荷 / 重水素プラズマ

研究概要

ヘリウム損傷を受けて、繊維状ナノ構造を持つタングステン（W）が無損傷Wより熱伝達係数がシース電圧の広い範囲に亙って大きい事を実験的に観測し、原因としてナノ構造形成によるイオンのエネルギー反射係数の減少と表面からの電子放出に伴う冷却効果が関与している事を示し、これらを含めた新しい理論とも比較し、定性的一致を得た。
電子放出に関してはイオンのオージェ効果が寄与すること、また熱パルによる熱電子放出が更なるWの昇温に重大な影響を持つことを実証した。
Wとモリブデンのナノ構造形成に関してはその成長初期過程を実験的に明らかにし、ナノループがプリカーサーになっている事を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Modified Power Transmission Factor of Tungsten in Plasmas with Hot Electron Component (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, S. Ono and N. Ohno
  • 雑誌名: Contributions to Plasma Physics 巻: Vol.54 ページ: 5
  • DOI: 10.1002/ctpp.201410016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial Stage of Fiber-Form Nanostructure Growth on Refractory Metal Surfaces with Helium Plasma Irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura
  • 雑誌名: Plasma Fusion Research 巻: Vol.9 ページ: 1302007(3)
  • DOI: 10.1585/pfr.9.1302007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of arcing on carbon and tungsten : from the observation in JT-60U (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Katjia, M.Fukumoto, M.Tokitani, T.Nakano, Y.Noiri, N.Ohno, S.Masuzaki, S.Takamura, N.Yoshida, Y.Ueda
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: Vol.53 ページ: 053013(9)
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/5/053013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Arc Spots Initiated on Nanostructured Tungsten (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Kajita, N.Ohno, S.Takamura
  • 雑誌名: IEEE Trans. on Plasma Sci 巻: Vol.41 ページ: 1889-1895
  • DOI: 10.1109/TPS.2013.2245346
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヘリウムプラズマ照射により高融点金属表面に形成されたナノ構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一, 梶田信, 大野哲靖
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: Vol.68 ページ: 602-611
• [雑誌論文] 核融合エネルギー研究・開発の25年 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 雑誌名: 電気学会誌 巻: Vol.133 ページ: 671-673
• [雑誌論文] Power Transmission Factor for Tungsten Target w/wo Fiber-form Nanostructure in He Plasmas with Hot 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 ページ: 225-228
  • 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: 10.1016/j.jnucmat.2013.01.176
  • 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 巻: Vol.15 ページ: 161-165
  • DOI: 10.1088/1009-0630/15/2/17
  • 査読あり
• [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: 10.1088/0741-3335/54/10/105015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of fiber-form nanostructures on particle emissions from a 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: 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: 10.1002/tec.21801
  • 査読あり
• [雑誌論文] TEM analysis of high tempe rature annealed W nanostructure surface s (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: 10.1016/j.jnucmat.2011.11.044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatal Damages due to Breakdown on a Diagnostic Mirror Located outside the Vacuum Vessel in JT-60U (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, T. Hatae, T. Sakuma, S. Takamura, N.Ohno and K. Itami
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: Vol.7 ページ: 2405121(4)
  • DOI: 10.1585/pfr.7.2405121
  • 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: 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: 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. Takamura
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: Vol.415 ページ: S42-S45
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.08.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recovery of Tungsten Surface with Fib er-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./ Rapid Communications 巻: Vol.6 ページ: 005(2)
  • DOI: 10.1585/pfr.6.1202005
  • 査読あり
• [学会発表] 繊維状ナノ構造との遭遇とその成長初期段階 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会領域2, 10 合同シンポジウム「ヘリウムプラズマ照射により誘起される金属表面ナノ構造の新展開」
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス, 平塚市
  • 年月日: 20140327-30
  • 招待講演
• [学会発表] Nonlinear Interactions between Transient Deuterium Plasma Heat Pulse and Tungsten Material withDifferent Surface Morphology (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura
  • 学会等名: 19th ITPA Divertor-SOL Topical Group Meeting
  • 発表場所: APA Hotel, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 20140120-23
• [学会発表] Fusion Energy : Current Status and Its Future (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura
  • 学会等名: 2nd International Conference on Advances in Electrical Engineering(ICAEE)-2013
  • 発表場所: 2nd International Conference on Advances in Electrical Engineering(ICAEE)-2013
  • 年月日: 20131219-21
  • 招待講演
• [学会発表] Formation of Nanostructured Tungsten with Arborescent Shape due to Helium Plasma Irradiation (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一, 大野哲靖, 梶田信
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第30回年会第21回論文賞受賞講演
  • 発表場所: IUB Campus, Bashundhara, Dhaka, Bangladesh
  • 年月日: 20131203-06
  • 招待講演
• [学会発表] 高融点金属表面の繊維状ナノ構造形成の物理過程解明に向けて (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都
  • 年月日: 20131203-06
• [学会発表] Modified Power Transmission Factor of Refractory Metals for Plasmas with Hot Electron Component (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takamura, S. Ono, N. Ohno
  • 学会等名: 14th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
  • 発表場所: Cracow, Poland
  • 年月日: 20130923-25
• [学会発表] 高融点金属における繊維状ナノ構造形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一, 友田壮, 伊藤貴理, 竹内秀人
  • 学会等名: 平成25年度電気学会A部門大会
  • 発表場所: 横浜国立大学, 横浜市
  • 年月日: 20130912-13
• [学会発表] AIT-PID における重水素プラズマの生成とそのPWI 研究への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 学会等名: 核融合エネルギーフォーラム平成25年度合同会合
  • 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, つくば市
  • 年月日: 20130829-30
• [学会発表] 2電子温度プラズマ-タングステン壁におけるパワー伝達係数評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高村秀一
  • 学会等名: 2013年度NIFS共同研究合同研究会
  • 発表場所: 核融合科学研究, 土岐市
  • 年月日: 20130801-02
• [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: 20130320-22
• [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: 20121220-21
• [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: 20121127-30
• [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
  • 学会等名: Fusion Energy Conference 2012
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20121008-13
• [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
  • 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: 20120827-31
• [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: 20120808-09
• [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: 20120628-29
• [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: 20120105-06
• [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: 20111213-14
• [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: 20111122-25
• [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: 20111101-04
• [学会発表] Recovery of Tungsten Surface with Fiber-Form Nanostructure by the Effect of Surface Temperature Increase in Plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Miyamoto and S. Takamura
  • 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: 20111101-04
• [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: 20110926-27
• [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: 20110921-22
• [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: 2011 Japan-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: 20110829-31
• [学会発表] Tungsten Erosion by the Initiation of Unipolar Arcs in Nuclear Fusion Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, N. Ohno, N. Yoshida and S. Takamura
  • 学会等名: 28th International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG2011)
  • 発表場所: Belfast, U.K
  • 年月日: 20110828-0902
• [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: 20110720-22
• [備考] ホームページ(高村秀一)
  • URL: http://kyoin.aitech.ac.jp/ait/ENPMainServlet?nwid=008&targetTemplateID=009&pid=700843