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2017 年度 実績報告書

タングステンの熱疲労劣化挙動の学理究明による傾斜機能長寿命ダイバータ開発への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 26289351
研究機関東北大学

研究代表者

野上 修平  東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528)

研究分担者 江原 真司  東北大学, 工学研究科, 准教授 (30325485)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード核融合炉 / ダイバータ / タングステン / 強度 / 疲労 / 寿命 / 固相拡散接合 / 傾斜機能
研究実績の概要

タングステン(W)ダイバータの主たる損傷事象は疲労であるため、き裂発生寿命の延伸、き裂成長の抑制、再結晶化の抑制などが必要である。これまで我々は、ナノ組織制御Wの優れた表面損傷耐性と高い再結晶化温度、ボイド分散強化Wの高い再結晶化温度とき裂成長抑制の可能性を明らかにした。本研究では、熱疲労劣化挙動の学理究明によりナノ組織制御材とボイド分散強化材を疲労の観点から最適化し、ボイド分散強化材の表面層にナノ組織制御材の優れた特性を付与した傾斜機能ダイバータ用Wを創生することを目的とする。これに対し、平成29年度は以下の成果を得た。
1.平成28年度に作製したボイド分散強化Wとナノ組織制御Wのヘリウム注入試験片を用いて、引張特性と硬さを評価した。概して、核融合炉で想定される核変換ヘリウム量の範囲内では、ヘリウムによる機械特性の変化は顕著でないことが明らかになった。
2.ボイド分散強化Wとナノ組織制御Wによる傾斜機能を有する接合体を固相拡散接合により製作した。両材料の間には、純バナジウムの中間材を使用した。接合温度と接合時間は、再結晶化挙動の評価結果を考慮し、1250℃×1時間とした。ダイバータ適用において最も重要な熱伝導特性を評価した結果、熱伝導障壁となり得る欠陥は存在せず、良好な特性を示した。
3.2で製作した接合体の高温疲労特性評価を実施する予定であったが、期間内に完了することはできなかった。並行して実施した高温引張特性評価では、中間材を薄くすることにより、接合界面や中間材での破損は回避できることが明らかになった。
4.研究成果を、第13回核融合炉工学国際シンポジウム(ISFNT-13)、第16回核融合炉用プラズマ対向材料国際会議(PFMC-16)において発表し、学術雑誌に投稿した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] カールスルーエ工科大学/ユーリッヒ研究センター(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      カールスルーエ工科大学/ユーリッヒ研究センター
  • [雑誌論文] Solid State Diffusion Bonding of Doped Tungsten Alloys with Different Thermo-Mechanical Properties2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, H. Noto, M. Toyota, T. Hattori, K. Otomo, A. Hasegawa
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2017.12.036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Feasibility of Utilizing Tungsten Rod for Fusion Reactor Divertor2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, W. H. Guan, A. Hasegawa, M. Fukuda
    • 雑誌名

      Fusion Science and Technology

      巻: 72 ページ: 673-679

    • DOI

      10.1080/15361055.2017.1347463

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improved Structural Strength and Lifetime of Monoblock Divertor Targets by using Doped Tungsten Alloys under Cyclic High Heat Flux Loading2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, W. H. Guan, T. Hattori, K. James, A. Hasegawa
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: T170-014011 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1088/1402-4896/aa864d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Degradation of Tungsten Monoblock Divertor under Cyclic High Heat Flux Loading2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, M. Toyota, W. H. Guan, A. Hasegawa, Y. Ueda
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 120 ページ: 49-60

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2017.04.102

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Temperature Fatigue Life Evaluation Using Small Specimen2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, C. Hisaka, M. Fujiwara, E. Wakai, A. Hasegawa
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 12-1405022 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1585/pfr.12.1405022

    • 査読あり
  • [学会発表] 耐照射性タングステン合金の衝撃特性2018

    • 著者名/発表者名
      野上修平、Michael Rieth、Jens Reiser、長谷川晃、宮澤健
    • 学会等名
      日本金属学会2018年春期大会
  • [学会発表] Solid State Diffusion Bonding of Doped Tungsten Alloys with Different Thermo-Mechanical Properties2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, H. Noto, M. Toyota, K. Otomo, A. Hasegawa
    • 学会等名
      13th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Structural Strength and Lifetime of Monoblock Divertor under Cyclic High Heat Flux Loading by Using a Doped Tungsten Alloys2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nogami, T. Hattori, K. James, W. H. Guan, A. Hasegawa
    • 学会等名
      16th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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