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2013 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number 23656578
Research InstitutionAichi Institute of Technology

Principal Investigator

高村 秀一  愛知工業大学, 工学部, 教授 (40023254)

Keywords核融合 / プラズマ‐壁相互作用 / タングステン / 過渡的熱負荷 / ヘリウム損傷 / 繊維状ナノ構造 / 電子放出
Research Abstract

1.ELMに特徴的な高速電子を含む重水素プラズマのシースを介したパワー伝達係数(PTF)の評価: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)と無損傷Wの両者に対して、高温電子を含む重水素プラズマ中で、PTFのシース電圧依存性が評価された。シース電圧の広い範囲にわたって、損傷Wは無損傷のそれに比して50%増しのPTF値を持つことが分かった。その原因として、ヘリウムプラズマの場合と同様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、電子放出に伴う冷却効果が関与しているとして、理論構築を行い、実験結果と比較し、定性的一致を得た。
2.熱パルスに対するWターゲットの応答
2.1放電陰極と対向して設置された陰極にパルス電源からの負バイアス電圧を印加し、ターゲット温度3000Kを超える高温が得られた。この際、ターゲットの電位は熱電子放出により浅くなり、これが更にプラズマ熱流入を増大させることが判明した。 2.2繊維状ナノ構造において、Wナノ繊維の溶融が観測された。一方、無損傷WではW蒸気のプラズマ中への異常放出が観測された。これはWの溶融蒸発により対向プラズマが冷却され、原子状Wのプラズマ中での浸透長が著しく増加した結果と考えられる。 2.3対向陰極ではなく、より好ましい放電陰極に直接負パルス電圧を加え、対向陰極の場合とほぼ同様の結果が得られた。 2.4パルス電源の電流供給の能力は従来140Aであったが、IGBTスイッチング素子能力を活かし300Aに増大させることができた。この場合パルスの繰り返しのための待ち時間をこれまでより長い1分以上とする必要があるが、パルスパワーを格段に向上できる素地ができた。
3.W表面繊維状ナノ構造形成初期過程の実験的解明:W表面にカバーをかぶせる事により1回の照射で成長の時間変化を空間変化に変換する手法を開発し、ループ構造の出現がプリカーサーであることを見つけた。

  • Research Products

    (16 results)

All 2014 2013

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Modified Power Transmission Factor of Tungsten in Plasmas with Hot Electron Component2014

    • Author(s)
      S. Takamura, S. Ono and N. Ohno
    • Journal Title

      Contributions to Plasma Physics

      Volume: Vol.54 Pages: 5

    • DOI

      10.1002/ctpp.201410016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Initial Stage of Fiber-Form Nanostructure Growth on Refractory Metal Surfaces with Helium Plasma Irradiation2014

    • Author(s)
      S. Takamura
    • Journal Title

      Plasma Fusion Research

      Volume: Vol.9 Pages: 1302007(3)

    • DOI

      10.1585/pfr.9.1302007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of Arc Spots Initiated on Nanostructured Tungsten2013

    • Author(s)
      S.Kajita, N.Ohno, S.Takamura
    • Journal Title

      IEEE Trans. on Plasma Sci

      Volume: Vol.41 Pages: 1889-1895

    • DOI

      10.1109/TPS.2013.2245346

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of arcing on carbon and tungsten: from the observation in JT-60U2013

    • Author(s)
      S.Katjia, M.Fukumoto, M.Tokitani, T.Nakano, Y.Noiri, N.Ohno, S.Masuzaki, S.Takamura, N.Yoshida, Y.Ueda
    • Journal Title

      Nuclear Fusion

      Volume: 53 Pages: 053013(9pages)

    • DOI

      DOI: 10.1088/0029-5515/53/5/053013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 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

    • Author(s)
      高村秀一,梶田信,大野哲靖
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 68 Pages: 602-611

  • [Journal Article] 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

    • Author(s)
      高村秀一,梶田信,大野哲靖
    • Journal Title

      愛知工業大学総合研究所研究報告

      Volume: 15 Pages: pp.31-42

  • [Journal Article] 核融合エネルギー研究・開発の25年2013

    • Author(s)
      高村秀一
    • Journal Title

      電気学会誌

      Volume: 133 Pages: 671-673

  • [Presentation] 繊維状ナノ構造との遭遇とその成長初期段階2014

    • Author(s)
      高村秀一
    • Organizer
      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」
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      20140327-20140330
    • Invited
  • [Presentation] Nonlinear Interactions between Transient Deuterium Plasma Heat Pulse and Tungsten Material with Different Surface Morphology2014

    • Author(s)
      S. Takamura
    • Organizer
      19th ITPA Divertor-SOL Topical Group Meeting
    • Place of Presentation
      APA Hotel, Kanazawa, Japan
    • Year and Date
      20140120-20140123
  • [Presentation] Fusion Energy: Current Status and Its Future2013

    • Author(s)
      S.Takamura
    • Organizer
      2nd International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE)-2013
    • Place of Presentation
      IUB Campus, Bashundhara, Dhaka, Bangladesh
    • Year and Date
      20131219-20131221
    • Invited
  • [Presentation] Formation of Nanostructured Tungsten with Arborescent Shape due to Helium Plasma Irradiation2013

    • Author(s)
      高村秀一,大野哲靖,梶田信
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第30回年会第21回論文賞受賞講演
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • Year and Date
      20131203-20131206
    • Invited
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      高村秀一
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第30回年会04aD18P
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] Modified Power Transmission Factor of Refractory Metals for Plasmas with Hot Electron Componen2013

    • Author(s)
      S.Takamura, S.Ono, N.Ohno
    • Organizer
      14th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
    • Place of Presentation
      Cracow, Poland
    • Year and Date
      20130923-20130925
  • [Presentation] 高融点金属における繊維状ナノ構造形成2013

    • Author(s)
      高村秀一,友田壮,伊藤貴理,竹内秀人
    • Organizer
      平成25年度電気学会A部門大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20130912-20130913
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      高村秀一
    • Organizer
      核融合エネルギーフォーラム平成25年度合同会合
    • Place of Presentation
      つくばサイエンスインフォメーションセンター
    • Year and Date
      20130829-20130830
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      高村秀一
    • Organizer
      2013年度NIFS共同研究合同研究会
    • Place of Presentation
      核融合科学研究所
    • Year and Date
      20130801-20130802

URL: 

Published: 2015-05-28  

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