2018 Fiscal Year Research-status Report
核融合炉実用化に向けた真空中での能動的手法を用いたトリチウム低減法の開発
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18K04999
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
芦川 直子 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00353441)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳥養 祐二 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (80313592)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 核融合原型炉 / トリチウム除染 / 真空下 / 金属壁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原型炉成立のために新たな表面トリチウム除染シナリオの構築が急務である．プラズマ対抗壁表面に残留するトリチウム量の低減には，材料中のトリチウムの深さ方向分布および捕捉量について学術的にも理解する必要がある．その際、背景条件として真空下に材料が保持された条件でトリチウム除染が可能かを考察する必要がある。
これまでの本研究代表者らの議論に基づき、主なトリチウム除染方法として温度制御（ベーキング）法、能動的洗浄放電（グロー放電、マイクロ波放電等）法、ワーキングガスの選択による除染が候補として考えられる。さらに実験条件を精査するために、必要となる温度制御領域、および能動的除染法により除染可能な深さ領域について、これまでの実験を踏まえた評価を進めた。放電洗浄によりトリチウムが置換可能な深さ領域は表面から数十nm程度（1時間あたり）である。グロー放電発光分光法（GD-OES）ではこの深さ領域に関する詳細な水素、重水素深さ分布を評価可能であるが、表面トリチウム残留量を測定するトリチウム・イメージング・プレート法ではより深い領域から表面へ至る拡散効果の有無が大きな影響を与えるため、残留トリチウム量が多い場合には測定が困難となることが分かっている。
本課題では、真空中でのトリチウム除染効果を模擬するため、真空中での水素同位体（水素、重水素）脱離効果に関する評価を目指し、真空中で残留水素同位体量を評価する方法として新たにレーザ誘起ブレークダウン分光法（LIBS）装置の整備を開始した。本課題のLIBS計測では水素と重水素を分離測定する必要があるため、分光器のスペック選択が重要な要素を占める。他大学での装置条件を調査の後、分光器の選択および購入を進め分光器側の整備は完了した。また原型炉で使用される金属材料への水素捕捉、透過特性を調査、考察し、国内学会で発表を行うとともに、現在論文化を進めている。
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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
当初の計画通り、次の４つの項目を実施した。１）真空容器として用いる既設のSUT装置の立ち上げ準備を行い、真空排気設備や観測窓の整備およびレーザ誘起ブレークダウン分光法(LIBS)測定に向けた配置の最適化を行った。特にSUT装置は休止状態であったため、主要な併設機器の動作確認や異常個所の修理を実施した。２）LIBS測定を使って水素、重水素の分離測定をする上で重要な分光器の機種選定を行った。その際、他大学での装置条件を調査するとともに本実験での測定条件を考慮し、波長分解能とSN比を考慮したスペックを兼ね備えた機種選定を行った後、納品まで予定通り行った。３）LIBS装置整備後の実験条件を検討するため、タングステンおよびステンレス316試料（いずれもバルク材および被覆材の比較を含む）からの水素脱離特性に関する考察を進めた。４）原型炉で使用される金属材料への水素捕捉、透過特性を調査し学術発表を国内学会で発表を行うとともに、現在論文化を進めている。このように研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
真空条件下での水素同位体脱離実験を本格的に実施するため、レーザを用いた試運転を開始する。前年度に購入した分光器と組み合わせて、LIBSとしての運用を開始する。特に試料とレーザ光間での角度調整が重要となるため、試料ホルダーは回転機能を備えたものに改良する、さらに十分な重水素強度を得るための最適な角度を実験的に明らかにするため、比較実験を実施する。
LIBS測定では１回（１ショット）あたりの測定深さが数十nmを想定しており、これは市販の分析器であるグロー放電発光分光法（GD-OES)に比べて1桁以上大きい。重水素を含む標準金属試料を使ってこの特性の違いを事前に他の研究室で使用されているLIBS装置で重水素の信楽強度を確認した後、同じく標準試料を使って本研究で立ち上げたLIBSで重水素測定を実施する。同一標準試料を使用することで、重水素の検出限界を含む測定器としての特性評価が可能となる。
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| Causes of Carryover |
分光器本体の購入金額に加え、周辺機器（光軸調整機能等）が予定よりも低くなった。本課題研究では２年目にレーザ関係の周辺機器整備を予定しており、差額となった金額をレーザ関連費として集約することが好ましいと考え、差額が生じた。
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[Presentation] Determination of retained tritium from ILW dust particles in JET2018
Author(s)
N. Ashikawa, Y. Torikai, N. Asakura, T. Otsuka, A. Widdowson, M. Rubel, M. Oyaizu, M. Hara, S. Masuzaki, K. Isobe, Y. Hatano, K. Heinola, A. Baron-Wiechec, S. Jachmich, T. Hayashi and JET Contributors
Organizer
International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dust Particle Generation from the Controlled thermonuclear Fusion Device Jet with Metallic Plasma-Facing Components2018
Author(s)
N. Ashikawa, N. Asakura, A. Widdowson, M. Rubel, Y. Torikai, T. Otsuka, M. Hara, S. Masuzaki, M. Oyaidzu, K. Isobe,Y. Hatano, D. Hamaguchi, H. Kurotaki, S. Nakano, J.H. Kim, M. Tokitani, R. Sakamoto, J. Grzonka , K. Heinola11), A. Baron-Wiechec, M. Miyamoto, H. Tanigawa, M. Nakamichi, T. Hayashi, and JET Contributors
Organizer
2018 Asia-Pacific Conference on Plasma and Terahertz Science
Int'l Joint Research / Invited
