プラズマ対向材料の表面化学反応における電子励起効果

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13878086
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 上田 良夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30193816)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大塚 裕介 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70294048) ; 西川 雅弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029287)
• Keywords: プラズマ対向材料 / 化学スパッタリング / 炭素材 / タングステン / ボロンコーティング / 電子ビーム / 高粒子束ビーム

Research Abstract

炭素材、ボロンコーティング材、及び金属材へ、高粒子束水素(重水素)ビームを照射した場合に、化学スパッタリング現象や水素吸蔵現象における電子表面励起効果の有無を調べることが本研究の目的である。今年度の研究内容は以下の通りである。
○昨年度来、電子ビーム照射のための小型電子ビーム源の調整を続けている。電子放出部には、LaB_6を使用している。電子放出面の裏側から、ヒーターにより最大1200℃程度まで加熱し電子を放出させる。ヒーターには、窒化硼素板で炭素ヒーターを挟んで、絶縁・機械的強度の強化を行った平板ヒーターを用いている。ビーム径は約10mmφである。電子放出部の加熱安定性に問題があり、現在のところ安定な電子ビームが引き出せていない。今後、問題点を解明して安定な電子ビームの引き出し方法を検討し、イオンビームと電子ビームの同時照射実験を行う。
○高粒子束ビーム装置を用いて、イオンビームの単独照射を行った場合のビーム・材料相互作用について調べた。タングステンへの照射実験では、冷間圧延材、応力除去材(900℃で熱処理)、及び再結晶材(1300℃で熱処理)を用いて、水素ビーム照射(エネルギー1keVH_3^+、フルーエンス、〜3x10^<24>m^<-2>、炭素割合0.7-1.0%)を行い、前2試料では多くのブリスタが観測されたが、再結晶材では全く観測されなかった。ボロンコーティング膜では、フルーエンスと水素吸蔵量の関係について調査し、炭素割合が1%程度の場合は、炭素がボロン膜の上に堆積し水素吸蔵量はフルーエンスとともに増加した。低放射化フェライト鋼については、温度を100℃から600℃まで変化させて水素・炭素混合ビームを照射したところ、損耗量が温度とともに増加した。これは、温度が上がると炭素が内部に拡散し、炭素の堆積による損耗抑制効果が減少するためと考えられる。

Research Products

• [Publications] Y.Ueda et al.: "Production of high-flux mixed ion beam for study of plasma material interaction"Fusion Engineering and Design. 61-62. 255 (2002)
• [Publications] Y.Ueda et al.: "PSI issues at plasma facing surfaces of blankets in fusion reactors"Journal of Nuclear Materials. (to be published). (2003)
• [Publications] T.Shimada et al.: "Blister formation of tungsten by hydrogen and carbon mixed ion beam irradiation"Journal of Nuclear Materials. (to be published). (2003)
• [Publications] Y.Ueda et al.: "Impacts of carbon impurity in plasmas on tungsten first wall"Nuclear Fusion. (to be published). (2003)