2014 Fiscal Year Annual Research Report
JET-ITER Like Wallタイルのトリチウム分布測定
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26289353
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
波多野 雄治 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 教授 (80218487)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大塚 哲平 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (80315118)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / 放射線 / 構造・機能材料 / 水素 / 可視化 / イメージングプレート / タングステン / ベリリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
国際核融合実験炉ITERでは炉内トリチウム滞留量を低減するため、従来の炭素材に替えて、第一壁やリミタ材料としてBeを、ダイバータ材料としてWを用いる。その準備のため、大型核融合プラズマ装置初の試みとして欧州のJoint European Torus (JET)においてBeとWを壁材として用いる重水素放電実験、いわゆるITER-Like Wall実験が実施されているが、壁材料表面のトリチウム分布は調べられていなかった。そこで本研究では、我が国で開発されたイメージングプレート（IP、放射線に感光する一種の蛍光版）を用いて、ITER-Like Wall実験で使用されたW被覆炭素材ダーバータタイル（以下、ダイバータWタイル）およびBeタイル表面のトリチウム分布を測定した。今回の測定で検出されたトリチウムは僅かな確率で生じる重水素同士の核融合反応で形成されたものか、以前実施された重水素－トリチウム放電実験の際に導入され真空容器中に残留しているものである。従って、トリチウムはマイナーな水素同位体として存在することとなる。
ダイバータWタイル上では、プラズマによりスパッタされたBeが不均一に堆積していたが、厚いBe堆積層が形成されている領域、および堆積層は薄いが大量の不純物酸素を含む領域にトリチウムが高濃度に検出された。以上のことから、ダイバータ領域ではトリチウムは主にBeおよび酸素と共堆積していると考えた。また、Beタイルにおいては、真空容器上部にあるタイルではトリチウム濃度が低く、赤道部近くにあるリミタタイルにおいて高濃度のトリチウムが検出された。リミタタイルでは、同一タイル上でもトロイダル方向（大半径方向）にトリチウム濃度の勾配が見られた。このメカニズムについては現在検討中である。
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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
JETにおけるITER-Like Wall実験第1サイクル（2011～2012年）で使用されたタイル上のトリチウム分布をドーナツ型を有するトカマク装置のポロイダル方向（小半径方向）に一周測定し、トリチウム蓄積機構を議論することができた。2014年前半に終了した第2サイクル実験で使用されたものついてはタイルの取り出し・輸送が間に合わず測定を実施できなかったが、第1サイクルで使用されたタイルの測定がほぼ完了したことから、おおむね順調に進展していると評価した。第2サイクルで使用されたタイルについては平成27年度に測定する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ITER-Like Wall実験第2サイクルで用いられたタイルについても、IP法によりトリチウム分布を測定する。加えて、第1サイクルおよび第2サイクル実験で用いられた主にダイバータタイルについて、β線誘起X線計測法を用いて非破壊的にトリチウムの深さ方向分布を調べる。トリチウムから放出されるβ線のエネルギーは18.6 keVであり、Beなど密度の低い材料中での脱出深さは数ミクロン程度、Wなどの高密度材料で数百nm程度である。IP法で測定されるデータは、この脱出深さまでの深さ方向の積分値である。この積分値でもトリチウム量の大小は比較できるが、より定量的に「濃度」としての分布を得るには、深さ方向分布を明らかにし、試料中でのβ線の減衰を考慮した解析を行う必要がある。β線誘起X線計測法で得られるX線スペクトルを解析することで深さ方向分布を得て、IP像の定量化を試みる。また、各元素の特性X線強度とトリチウム濃度との関係より、トリチウム保持特性に及ぼす酸素、炭素、Be等の影響を明らかにする。また、第1サイクルと第2サイクルの比較により、トリチウム分布に及ぼす放電条件の影響を検討する。
さらに、ITER-Like Wallへ移行する直前に使用された炭素タイルについても、同様にIP測定とβ線誘起X線スペクトル測定を実施する。ITER-Like Wallタイルと炭素タイルとの比較によりトリチウム分布に及ぼす壁材料の影響が明らかとなる。
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| Causes of Carryover |
交付申請書提出時には本研究を学生の卒業論文や修士論文の課題とすることは予定していなかったが、提出後、本学に所属する学生より自身の研究テーマとすると共に研究協力者として参画したいという申し出があった。そのため、実験補助（IP画像の解析）の目的で計上していた人件費・謝金を使用する必要がなくなった。また、交付申請書には提出時に公表されていなかった学会の参加費等を見込み額で記入していたが、実際の価格が見込み額よりやや低かった。加えて、消耗品を極力効率的に利用することなどにより、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
β線誘起X線スペクトル測定においてBe、酸素、炭素の特性X線を検出するには、これらX線のエネルギーが低く物質に吸収されやすいため、低密度材料で構成された極めて薄い特殊な窓を有する放射線検出器が必要である。平成27年度にはこのような検出器を購入する予定であり、平成26年度に生じた次年度使用額はこの購入費の一部にあてる。
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[Presentation] 2D tritium distribution on tungsten and beryllium tiles used in JET ITER-like wall project2014
Author(s)
Y. Hatano, A. Widdowson, N. Bekris, C. Ayres, A. Baron-Wiechec, J. Likonen, S. Koivuranta, J. Ikonen, K. Yumizuru, JET-EFDA contributors
Organizer
21st International Conference on Plasma-Surface Interactions in Controlled Fusion Devices
Place of Presentation
Kanazawa, Japan
Year and Date
2014-05-26 – 2014-05-30
