2014 Fiscal Year Annual Research Report
中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発
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14J00839
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大宅 諒 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | タングステン / 核融合炉壁材料 / プラズマ壁相互作用 / 水素同位体吸蔵 / 熱負荷応答特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉壁材料として最適なタングステン材料を開発することを目的に、研究課題「中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発」に取り組んでいる。その達成に向けて、平成26年度は「既存の先進タングステン材料の材料評価」と「中性子照射を模擬したタングステン中の重水素吸蔵特性」に関する研究を行った。
「既存の先進タングステン材料の材料評価」については、核融合炉壁材料として使用するために開発されたTFGRタングステン(Toughened, Fine-Grained Recrystallized Tungsten)を、核融合炉内環境を模擬した1.粒子負荷(水素同位体)や2.熱負荷に曝し、その応答特性を調べる実験を行った。1.粒子負荷については、オランダ基礎エネルギー研究所のPilot-PSI装置で重水素イオン照射されたTFGRタングステンの表面変化および重水素吸蔵量を調べた。本年度はそれらのデータを取りまとめ、国際学会での発表と論文発表を行った。2.熱負荷については、ドイツ・ユーリッヒ研究開発センターの大型トカマク装置TEXTORでプラズマ曝露されたTFGRタングステンの表面分析を行い、その成果を国内学会2件と国際学会で発表を行った。
「中性子照射を模擬したタングステン中の重水素吸蔵特性」については、高エネルギーの鉄イオンを照射することで、中性子ダメージを模擬したタングステン試料中を作成し、その試料中の重水素吸蔵特性を調べる実験を行った。この実験は、アメリカのアイダホ国立研究所で行われた。微視的なダメージを導入したタングステン中の重水素吸蔵挙動を評価する基礎的なデータであるため、今後の研究に大いに生かされることが期待される。
その他、今後の研究の方針についての打ち合わせのために出張を行い、また、今後の実験に必要な材料試料を揃えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究課題「中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発」の達成のために、中性子が水素同位体吸蔵に与える影響の観点から、①メカニズムの理解・②材料評価及び提案・③材料開発のプロセスを一貫して行うことを計画している。平成26年度に行った研究業績のうち、「中性子照射を模擬したタングステン中の重水素吸蔵特性」についてはメカニズムの理解、「既存の先進タングステン材料の材料評価」については材料評価及び提案、に該当する。
メカニズムを理解するために、タングステン中の微視的なダメージが水素同位体吸蔵量に与える影響について、その詳細で基礎的な知見を得ることを目的として研究を進めている。京都大学エネルギー理工学研究所の複合イオンビーム照射装置(DuET)にて鉄イオンを照射することで、中性子ダメージを模擬したタングステン試料中を作成し、その試料中の重水素吸蔵特性を調べる実験を行った。この成果は、微視的なダメージを導入したタングステン中の重水素吸蔵挙動を評価する基礎的なデータであるため、今後の研究に大いに生かされることが期待される。
材料評価及び提案のために、既存の先進タングステン材料(TFGRタングステン)の水素同位体吸蔵特性・熱負荷応答特性を調べる実験を行った。TFGRタングステンは結晶粒が小さく、炭化物(タンタルカーバイド・チタンカーバイド)を含んでおり、そのことが脆性の改善に役立っている。しかし、その結晶構造上の特徴により、新たに別の問題が生じることを、本研究により指摘することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題「中性子照射がタングステン中の水素同位体吸蔵に及ぼす影響の解明と新材料の開発」の達成のために、中性子が水素同位体吸蔵に与える影響の観点から、①メカニズムの理解・②材料評価及び提案・③材料開発のプロセスを一貫して行うことを計画している。平成27年度は、26年度に引き続き、①メカニズムの理解と②材料評価及び提案、を行う予定である。①メカニズムの理解については、平成26年度にアメリカ・アイダホ国立研究所で行った、中性子照射を模擬したタングステン中の重水素吸蔵実験の結果を解析し、ディスカッションを重ね、学会発表を行う予定である。また、②材料評価及び提案についても、これまでに行ってきた、既存の先進タングステン材料(TFGRタングステン)の粒子負荷・熱負荷への応答特性を調べる研究の結果をまとめ、論文発表を行う予定である。それら①と②の結果を基に、核融合炉壁材料としてのタングステン材料に、どのような改良が求められるのか、また、それはどのような方法(製造方法により結晶構造を変化させる等)で実現可能なのかを明らかにする。また、③材料開発にも着手し、準備を始める予定である。
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