ITER時代のPWI‐研究のあり方: 実験室系装置を用いた トリチウム研究の立場 ...

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ITER時代のPWI‐研究のあり方: 実験室系装置を用いた トリチウム研究の立場 ...

PWI‐ 作 業 会 ・ 最 終 回 「ITER 時 代 のPWI 研 究 のあり 方 」シンポジウム

ITER 時 代 のPWI‐ 研 究 のあり 方 :

実 験 室 系 装 置 を 用 いた

トリチウム 研 究 の 立 場 からの 提 言



日 本 原 子 力 研 究 開 発 機 構

トリチウム 工 学 研 究 グループ

1.CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収

2.W:ブリスタリングとトリチウム 滞 留

3.Be: 核 変 換 によるトリチウムの 生 成


CFC: 共 堆 積 層 生 成 によるインベントリー

P.L. Andrew, et al., Fusion Eng. Des. 47 (1999) 233. J.P. Coad, et al., J. Nucl. Mater. 290-293 (2001) 224.

JETとTFTRの 経 験 から、ITERダイバータにCFCが 一 部 使 用 さ

れることにより、 共 堆 積 層 の 生 成 に 伴 うトリチウムインベントリの

増 加 が 予 想 される。


CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -1

YAGレーザーによる 脱 離

C.H. Skinner, et al., J. Nucl. Mater. 301 (2002) 98.

YAGレーザー 照 射 によって、 共 堆 積 層 を 加 熱 し、トリチウムを 脱 離

できることを 実 証 。 除 去 率 は 温 度 にも 依 存 するが、 約 50% 前 後 。


結 合 を 切 断

CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -2

UVレーザーによるアブレーション

紫 外 線 レーザー 照 射

特 徴 : 高 い 光 子 エネルギー

浅 い 侵 入 深 さ

炭 素 (C)―トリチウム(T)

炭 素 (C)― 重 水 素 (D)

~50 μm





W.M. Shu, et al., Appl. Phys. A 76 (2003) 421.

波 長 (nm)

ArFレーザー

193 nm, 6.4 eV

KrFレーザー

248 nm, 5.0 eV

紫 外 線

180

200

250

300

エネルギー(eV)

7

6

5

4

化 学 結 合 を 切 断

C-T

C-D

DT

回 収

C-T 結 合

C-D 結 合

真 空 又 は 不 活 性 ガス 中 では

1000 o C 程 度 の 加 熱

(ITER 真 空 容 器 の 加 熱 は240 o Cまで)

侵 入 深 さがμm 程 度 、 共 堆 積 層 のみ 除 去

紫 外 線 レーザーによるトリチウム 除 去 ・ 回 収 の 期 待 される 効 果 :

・ 共 堆 積 層 のC-T 結 合 を 切 断 し、トリチウム 水 の 化 学 形 ではなく、

水 素 同 位 体 分 子 として 回 収 できること

・ 侵 入 深 さが 共 堆 積 層 の 厚 さより 小 さく、 母 材 に 損 傷 を 与 えないこと


5

4

3

2

1

CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -2

UVレーザーによるアブレーション

2 種 類 の 紫 外 線 レーザー 照 射 によるJT-60

の 共 堆 積 層 と 黒 鉛 の 除 去 率 を 測 定

6




(μm/

パルス)

KrF ( 共 堆 積 層 )

ArF ( 共 堆 積 層 )

KrF( 黒 鉛 )

ArF( 黒 鉛 )

JT-60タイル

0

0.1 1 10

レーザーフルエンス(J/cm 2 )

180 WのKrFレーザー1 台 を 用 いれば、 ITER

ダイバータ 領 域 の 共 堆 積 層 (200 m 2 、50 μm

程 度 厚 )の 除 去 が2 週 間 程 度 でできると 評 価

W.M. Shu, et al., J. Nucl. Sci. Technol. 40 (2003) 1019.

Beer’s Law: R = d ln (E/E th )

R: アブレーションによる 除 去 率

d: 侵 入 深 さ (1/eに 減 衰 する 深 さ)

E: レーザーフルエンス (E>E th )

E th : アブレーション 閾 値

d (KrF)

d (ArF)

E th (KrF)

E th (ArF)

共 堆 積 層

3.3 μm

0.53 μm

2.3 J/cm 2

1.0 J/cm 2

黒 鉛

0.29 μm

0.15 μm

3.7 J/cm 2

2.5 J/cm 2

紫 外 線 レーザー 照 射 によって、 合 理 的 な 時 間 でITERダイバータ

領 域 の 共 堆 積 層 を 除 去 できることを 実 証 。


CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -2

UVレーザーによるアブレーション

共 堆 積 層 がきれいに 除 去 されるかどうか

について 表 面 形 態 観 察 により 確 認

W.M. Shu, et al., J. Nucl. Sci. Technol. 40 (2003) 1019.

観 察 した 試 料 の 照 射 条 件 : フルエンス13.3 J/cm 2 ×パルス 数 10

照 射 痕 隅 の 断 面 図

照 射 痕 の45 o 鳥 瞰 図

共 堆 積 層

黒 鉛

照 射 痕

共 堆 積 層




共 堆 積 層

20 μm 200 μm

黒 鉛

共 堆 積 層 の 除 去 率 :5.8 μm/pulse

( 比 較 ) 母 材 の 黒 鉛 の 除 去 率 :0.3 μm/pulse

紫 外 線 レーザー 照 射 では、 母 材 の 黒 鉛 に 損 傷 をほとんど 与 える

ことなく、 共 堆 積 層 をきれいに 除 去 できることを 確 認 。


CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -2

UVレーザーによるアブレーション

W.M. Shu, et al., J. Nucl. Sci. Technol. 40 (2003) 1019.

表 面 形 態 観 察 により 共 堆 積 層 除 去 機 構 を 調 査

照 射 前 10 μm 0.7 J/cm 2 ×300パルス 10 μm

局 部 溶 融 によるコーン 生 成

表 面 改 質

全 面 的 な 表 面 溶 融

0.8 J/cm 2 ×200パルス 10 μm 1.0 J/cm 2 ×200パルス 10 μm

除 去 率

(μm/pulse)

アブレーション

( 激 しい 溶 融 )

6 全 面 的 な

5 表 面 溶 融

4

コーン 生 成

3

( 局 部 溶 融 )

2

1

表 面

改 質

0.1 0.81.0 2.3 13.3

レーザーフルエンス (J/cm 2 )

紫 外 線 レーザー 照 射 による 共 堆 積 層 除 去 の 機 構 が 激 しい 溶 融

によるアブレーションであることを 解 明 。


CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -2

UVレーザーによるアブレーション

共 堆 積 層 が 除 去 される 際 に、トリチウ

ムがどうなっているかについて 質 量

分 析 で 測 定 紫




ー H

放 出 ガス

2 ?

ザ H

ー 2 O?

JT-60 水 素 放 電 共 堆 積 層

(10 -7 Pa)

炭 素 と 化 学 結 合 していた 水 素 (トリチウム)

期 待 された 通 り

ほとんど 水 素 同 位 体 分 子 の 形 として 放 出

W.M. Shu, et al., J. Nucl. Sci. Technol. 40 (2003) 1019.

14

12

10

8

6

4

2

0

照 射 前

照 射 中

10 20 30 40

紫 外 線 レーザー 照 射 では、トリチウムが 水 ではなく、 水 素 同 位 体

分 子 として 容 易 に 回 収 できる 形 で 放 出 されることを 実 証



H 2

H 2 O

KrF, 5.8J/cm 2

質 量 数 (M/e)

50


CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収 -3

酸 素 ベーキング

ITER 設 計 検 討 条 件 (240 o C, 933Pa O2)

における 酸 素 ベーキングを 計 画 ・ 実 施

(1) トリチウム 除 去 ・ 回 収 への 酸 素 効 果

(2) トリチウム 除 去 ・ 回 収 の 適 応 性

(3) 酸 素 ベーキングの 生 成 物

トリチウム 放 出 速 度 :

ArからAr-1%O 2 に

変 えると 急 増

共 堆 積 層 からの

トリチウム 除 去 ・

回 収 にO 2 が 有 効

共 堆 積 層 の10 時 間 酸 素 ベーキング

除 去 トリチウム: 202 MBq (33%)

残 留 トリチウム: 403 MBq

共 堆 積 層 100%の 酸 化 :2 日 程 度

課 題 : 酸 素 ベーキング 後 の 壁 調 整

W.M. Shu, et al., Fusion Eng. Des. 61-62 (2002) 599.

プラズマの 影 での 共 堆 積 層 も 除 去 可 能

ト 6

リ 試 料 : TFTR

チ 5 共 堆 積 層

ウ 温 度 : 240

4

C





3

2 Ar(93.3 kPa) Ar-1%O 2

度 1

(kBq/ 秒 )

0

0 20 40 60 80 100120140

経 過 時 間 ( 分 )

酸 素 ベーキング 時 の 生 成 物 を 調 査 :

質 量 分 析 より、 生 成 物 は 一 酸 化 炭 素

とトリチウム 水 であることを 確 認 .

課 題 : トリチウム 水 の 生 成

酸 素 ベーキングによるITER 真 空 容 器 内 トリチウム 除 去 ・ 回 収 の

有 効 性 を 実 証 し、 酸 素 ベーキングの 生 成 物 を 解 明 。


CFC: 共 堆 積 層 からのトリチウム 回 収

トリチウム 研 究 の 立 場 からの 提 言

YAGレーザー:ファイバによるレーザーの 転 送 が 容 易 ;

加 熱 脱 離 によるトリチウムの 除 去 率 は50% 前 後 ;

影 に 位 置 している 共 堆 積 層 からの 回 収 は 困 難 .

UVレーザー:アブレーションによるトリチウムの 除 去 率 は 高 い;

トリチウムの 再 堆 積 の 防 止 策 が 必 要 ;

影 に 位 置 している 共 堆 積 層 からの 回 収 は 困 難 .

酸 素 ベーキング: 影 に 位 置 している 共 堆 積 層 からの 回 収 も 容 易 ;

プラズマ 対 向 壁 の 調 整 に 負 担 ;

トリチウム 水 の 処 理 に 負 担 .

研 究 の 方 向 性 : 新 しい 回 収 方 法 の 探 索 、 方 法 の 組 合 わせの

最 適 化 、ITER D-TフェーズでCFCを 使 用 しないこと?

基 礎 研 究 : 細 孔 での 吸 着 ・ 拡 散 のデータ 取 得


W: 物 性 値 で 評 価 したインベントリーが 小

R.A. Causey, et al., J. Nucl. Mater. 300 (2002) 91.

D=4.1×10 −7 exp(−0.39 eV/kT) m 2 /s

S=9×10 −3 exp(−1.04 eV/kT) H/W atm 1/2

K R =3.2×10 −15 exp(−1.16 eV/kT) m 4 /s

拡 散 係 数 が 小 さく、

溶 解 度 が 小 さく、

再 結 合 係 数 が 大 きい。

トリチウムとの

相 性 が 良 い。


W:ブリスタリングとトリチウム 滞 留

Ion flux (ions/m 2 /s)

10 23 ITER divertor liner

10 22 This

work

Sze et al.

Tokunaga et al.

ITER

Venhaus et al.

divertor Ye et al.

10 21

dome &

Ueda et al.

baffle

Haasz et al.

10 20

Wang et al.

10 0 10 1 10 2 10 3 10 4

10 19

Ion energy (eV)

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

はじき 出 し 損 傷 を 生 じない 入

射 エネルギーの( 重 ) 水 素 プラ

ズマ 照 射 においても、ブリスタ

リングが 発 生 する。

入 射 イオンからターゲッ

トイオンへのエネルギー

転 換 の 最 大 効 率 :

4M 1 M 2 /(M 1 +M 2 ) 2 .

タングステンのはじき

出 し 損 傷 閾 値 40 eV

より、 入 射 重 水 素 の 最

小 エネルギーが 940

eVと 計 算 される。

ブリスタリングに 伴 うトリ

チウムインベントリーの

増 加 、ブリスタリングの

発 生 機 構 について 研 究


Filament

(10V100A)

プラズマ 発 生 装 置 と 実 験 条 件

Filament

Gas in

Discharge

(240V75A)

Insulation

10cm

C1 C2 C3

AV1

GV1

SP

G.-N. Luo, et al., Rev. Sci. Instru. 75 (2004) 4374.

Langmuir probe

TMP

Sample holder

Cooling water

Thermocouple

GV2

Bias

(240V12.5A)

タングステン 試 料

(1) 焼 鈍 材 1473 K

(2) 表 面 層 除 去 の 焼 鈍 材

(3) 再 結 晶 材 2073 K

(4) 単 結 晶

照 射 条 件

フラックス: 1×10 22 D/m 2 /s

フルエンス: 3×10 23 ~

6×10 25 D/m 2

エネルギー: 7 ~ 98eV/D

温 度 : RT ~ 980K

分 析 手 法

SEM & TEM

TDS

PA

XRD

NRA & ERD

SIMS


ブリスタリングのフルエンス 閾 値

のエネルギー 依 存 性

FIB/TEM

FIB/SEM

Critical blistering fluence (D/m 2 )

(a) (b)

10 25

10 24

10 23

Blistering

Annealed at 1473 K

No blisters

0 20 40 60 80 100

Incident energy / D (eV)

G.N. Luo, et al., J. Nucl. Mater. 347 (2005) 111.

エネルギー 依 存 性 : 飛 程 の 効 果 又 は 再 結 合 係 数 への 影 響


焼 鈍 材 室 温 照 射 のSEM 像

Plasma Exposure:

98 eV, 10 25 D/m 2 , RT.

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

Annealed at 1473 K

大 きいブリスタの 直 径 : 約 2 μm.

tilt angle: 45 o


ブリスタ 断 面 のSEM 像

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

ブリスタ

Annealed at 1473 K

FIB: Ga + , 20 keV

tilt angle: 45 o

直 径 2 μm ブリスタの 蓋 の 厚 さ: 約 0.4 μm( 飛 程 の2 桁 ).


表 面 層 除 去 材 のブリスタリングSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 25 D/m 2 , RT.

W.M. Shu, et al., to be published.

Annealed at 1473 K

& Ar-sputtered in situ

tilt angle: 45 o

大 きいブリスタの 直 径 : 約 4 μm.


温 度 依 存 性

W.M. Shu, et al., to be published.

ブリスタサイズのエネルギー・

1000

Blister diameter (μm)

100

10

1

0.1

Ye(920K)

Venhaus(423K)

This

work

(RT-

900K)

Sze(400-50K)

Ueda(653K)

Alimov(648K)

Ueda(653K)

Haasz(500K)

Alimov(393K)

Tokunaga(708-843K)

Wang(RT)

0.01

1 10 100 1000 10 4 10 5

Ion energy (eV)

ブリスタのサイズはマイクロ 組 織 にも 依 存 する!


大 きいブリスタ 形 成 する 前 のXTEM 像

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

100 nm

microcrack/void

Annealed at 1473 K

微 小 亀 裂 /ボイドが 表 面 から 100 nm の 粒 界 に 沿 って 発 生 する.


大 きいブリスタ 形 成 する 前 のXTEM 像

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

100 nm

void/microcrack

微 小 亀 裂 /ボイドが 表 面 から 300 nm の 粒 界 角 隅 で 発 生 する.


大 きいブリスタ 形 成 する 前 のXTEM 像

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

100 nm

void

Annealed at 1473 K

ボイドが 表 面 から 350 nm の 粒 界 角 隅 で 発 生 する.


大 きいブリスタ 形 成 する 前 のXTEM 像

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

1000 nm

ブリスタ

微 小 亀 裂 /ボイド

ブリスタ

30 nm

Annealed at 1473 K

Annealed at 1473 K

(1) ブリスタの 最 大 直 径 は 概 ね 結 晶 粒 サイ

ズと 同 等 ;

(2) 大 きいブリスタの 発 生 する 前 、 小 さいブ

リスタやボイドが 発 生 ;

(3) 結 晶 粒 界 に 沿 ってブリスタリングが 発 生 .


再 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 26 D/m 2 , RT.

W.M. Shu, et al., to be published.

Recrystatlized at 2073 K

tilt angle: 45 o

室 温 照 射 ではブリスタが 稀 ; そのサイズ: 約 2 μm.


再 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 27 D/m 2 , RT.

W.M. Shu, et al., to be published.

Recrystatlized at 2073 K

tilt angle: 45 o

大 きいフルエンスの 室 温 照 射 でもブリスタが 稀 ; そのサイズ: 約 2 μm.


再 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

W.M. Shu, et al., to be published.

Plasma Exposure:

38 eV, 10 26 D/m 2 , 520 K

Recrystatlized at 2073 K

tilt angle: 45 o

520Kの 照 射 では、 大 きいブリスタ( 直 径 20 μm 前 後 )が 生 成 .


再 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 26 D/m 2 , 520 K

W.M. Shu, et al., to be published.

Recrystatlized at 2073 K

tilt angle: 45 o

520Kの 照 射 では 小 さいブリスタ( 直 径 2 μm 前 後 )が 粒 界 付 近 に 生 成 .


再 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 27 D/m 2 , 980 K

W.M. Shu, et al., to be published.

Recrystatlized at 2073 K

tilt angle: 45 o

980Kの 照 射 では、 ブリスタみたいなパタンが 粒 内 に 発 生 .


再 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 27 D/m 2 , 980 K

W.M. Shu, et al., to be published.

Recrystatlized at 2073 K

tilt angle: 45 o

980Kの 照 射 では、 ブリスタみたいなパタンが 粒 内 に 発 生 .


単 結 晶 材 でのブリスタリングのSEM 像

Plasma Exposure:

38 eV, 10 26 D/m 2 , 315 K

W.M. Shu, et al., to be published.

W(111) annealed at 1300 K

tilt angle: 45 o

アニーリングした 単 結 晶 でも、ブリスタリングやフレキングが 発 生 。


陽 電 子 消 滅 法 による 空 孔 濃 度 の 測 定

S parameter

0.49

0.48

0.47

0.46

W.M. Shu, et al., to be published.

38 eV, 10 25 D/m 2

unexposed

0.45

0 100 200 300 400 500

Depth (nm)

プラズマ 照 射 による 大 量 水 素 侵 入 に 伴 って、 空 孔 が 生 成 。


数 十 eV 重 水 素 プラズマによる

Wのブリスタリングのまとめ

(1) 焼 鈍 材 でのブリスタの 最 大 直 径 は 概 ね 結 晶 粒 サイズと

同 等 である.また、2 μm 程 度 のブリスタの 発 生 前 、30

nmのブリスタ、 亀 裂 やボイドが 発 生 する。

(2) 表 面 層 除 去 した 焼 鈍 材 でのブリスタリングは、 未 除 去 材

とほぼ 同 じような 挙 動 を 示 す。

(3) 再 結 晶 材 は、 室 温 照 射 で 稀 のブリスタが 見 られるが、

520K 照 射 では、 20 μm 程 度 のブリスタが 生 成 される。

980K 照 射 においてブリスタみたいなパタンが 現 れる。

(4) 1300Kアニーリングした 単 結 晶 でも、ブリスタやフレー

キングが 発 生 する。

ブリスタリングがマイクロ 組 織 や 温 度 などに 依 存 する。


ブリスタリングによる 重 水 素 滞 留 :TDS

Release rate (D 2

/m 2 /s)

1.2x10 18

1.0x10 18

8.0x10 17

6.0x10 17

4.0x10 17

2.0x10 17

1.4x10 18 Time (s)

98 eV - 3e24D/m 2 RT

5 K/s - peak at 680 o C

Retention = 2.4e19D 2

/m 2

Annealed at 1473 K

1400

1200

1000

800

600

400

200

Temperature (deg C)

0.0

0

0 50 100 150 200 250

G.N. Luo, et al., Fusion Eng. Des. (in press)

焼 鈍 材 は、 重 水 素 脱 離 のピークが 500-700 o C 付 近 に 現 れ、

水 素 が 分 子 状 として 滞 留 していることを 示 唆 。


重 水 素 滞 留 のフルエンス 依 存 性

Retention (10 19 D 2

/m 2 )

5

4

3

2

1

0

Exposure @ RT

Annealed at 1473 K

98eV

38eV

23eV

10 24 10 25 10 26

Fluence (D/m 2 )

G.N. Luo, et al., Fusion Eng. Des. (in press)

室 温 照 射 での 重 水 素 滞 留 は、ブリスタの 破 裂 に 依 存 する。また、 室 温

での 最 大 滞 留 量 は、 10 20 D/m 2 以 下 である。


重 水 素 滞 留 の 照 射 温 度 依 存 性

Annealed at 1473 K

Retention (10 19 D/m 2 )

10

1

0.1

38eV-1e25D/m 2

38eV-6e23D/m 2

38eV-3e25D/m 2

98eV-1e25D/m 2

98eV-6e23D/m 2

300 400 500 600 700 800 900

Substrate temperature (K)

G.N. Luo, et al., Fusion Eng. Des. (in press)

重 水 素 滞 留 量 のピークは、 照 射 温 度 400-500 K 付 近 に 現 れ、

700 K 以 上 の 照 射 では、 滞 留 量 が 急 激 に 減 少 する。


重 水 素 滞 留 のフルエンス 依 存 性

Release rate (10 17 D 2

/m 2 /s)

2

1.5

1

0.5

1E+25

1E+26

0

300 400 500 600 700 800 900

Temperature (K)

0.5K/s

W.M. Shu, et al., to be published.

Recrystatlized at 2073 K

再 結 晶 材 の 室 温 照 射 では、 重 水 素 滞 留 量 は 同 じフルエンス 照 射 の 焼

鈍 材 より 小 さく、10 19 D/m 2 前 後 である。


NRA-D( 3 He,α)H: 2 MeV 3 He + , 5 nA (250 nA/cm 2 ), 60 o , SSD

0.020

Atomic ratio, D/W

重 水 素 の 深 さ 分 布

0.015

0.010

0.005

NRA-38eV

ERD-38eV

NRA-68eV

NRA-98eV

Annealed at 1473 K

0.000

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Depth (μm)

ERD: 4 MeV 4 He + , 0.5 nA (25 nA/cm 2 ), 75 o , SSD

N. Kubota, et al., to be published.

焼 鈍 材 の 室 温 照 射 では、 重 水 素 が 表 面 から1 μm 以 上

のところまで 拡 散 している。 また、 表 面 付 近 での 重 水 素 と

タングステンの 原 子 比 が 最 大 1-2% まで 到 達 している。


小 角 度 XRDによる 格 子 定 数 測 定

Lattice constant (nm)

0.320

0.318

0.316

0.314

0.312

0.310

0.31584±0.00008 nm

Cu Kα, 0.1572 nm,1200 W

Fixed incident angle: 1.5 o

Range of 2θ: 30-136 o

0 3x10 23 10 25

Fluence (D/m 2 )

W.M. Shu, et al., ICFRM-12.

表 面 付 近 での 格 子 定 数 が 変 化 していないので、 重 水 素 は

空 隙 サイトに 存 在 することなく、 分 子 状 としてブリスタに 滞

留 していることを 示 唆 。


数 十 eV 重 水 素 プラズマによる

Wでの 重 水 素 滞 留 のまとめ

(1) 重 水 素 は、 空 隙 サイトに 存 在 することなく、ほとんど 分

子 としてタングステンに 滞 留 している;

(2) 重 水 素 の 滞 留 量 は、 一 定 のフルエンスで 急 に 低 下 する

ため、ブリスタの 破 裂 を 示 唆 する;

(3) 焼 鈍 材 の 室 温 照 射 では、 重 水 素 が 表 面 から1 μm 以 上

に 拡 散 し、また 最 大 の 重 水 素 とタングステンの 原 子 比

が1-2% に 達 している;

(4) 再 結 晶 材 の 室 温 照 射 では、 重 水 素 滞 留 は 同 じ 条 件 の

焼 鈍 材 より 小 さくなる。

重 水 素 の 滞 留 はブリスタリングと 密 接 に 関 連 している。


W:ブリスタリングによるトリチウム 滞 留

トリチウム 研 究 の 立 場 からの 提 言

影 響 : 燃 料 粒 子 のリサイクリング;

中 心 プラズマへの 不 純 物 混 入 ;

トリチウム 滞 留 ・ 透 過 の 増 加 。

研 究 の 方 向 性 :

(1) ブリスタリングと 滞 留 の 機 構 解 明 ;

(2)ヘリウム・ 水 素 混 合 プラズマ 同 時 照 射 の 効 果 ;

(3)ブリスタリング 発 生 の 制 御 。

基 礎 研 究 : 各 種 材 料 の 拡 散 係 数 などの 物 性 値 のデータ 取 得


Be: 核 変 換 によるトリチウム 生 成

R.A. Causey, et al., J. Nucl. Mater. 300 (2002) 91.

(1) 拡 散 係 数 も 小 さいし、 溶 解 度 も 小 さい;

(2)プラズマ 照 射 により 表 面 付 近 に 細 孔 が 発 生 する。

その 細 孔 表 面 が 酸 素 のゲッターとなり、また 水 素 も

水 酸 化 合 物 になる;

(3)50 トンのBeは 3 MWy/m 2 の 中 性 子 照 射 によって、

5.5 kgのトリチウムを 生 成 する 。


Be: 核 変 換 によるトリチウムの 生 成

トリチウム 研 究 の 立 場 からの 提 言

方 向 性 :

DEMO 炉 以 降 はBeをプラズマ 対 向 材 料 として

使 用 しない?

基 礎 研 究 :

表 面 酸 化 膜 の 無 いBeでの 水 素 同 位 体 の 拡 散

係 数 、 溶 解 度 などの 物 性 値 のデータ 取 得

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