高エネルギーヘリウム照射によるプラズマ対向壁の内部損傷機構の解明

磁場閉じ込め型核融合システムのプラズマ対向材料にタングステンが検討されている。本研究では、高エネルギーヘリウム照射によるタングステンの局所加熱と損傷生成との関係を調査することを目的としている。静電加速器を用いたヘリウムイオンビーム照射実験を行い、試料内部の損傷を透過型電子顕微鏡と走査型電子顕微鏡を駆使して調査した。測定したブリスターの深さが、予想されたヘリウムの侵入深さよりも大きな値を示した。材料にイオンが入射するとはじき出しが発生し、材料の強度（降伏応力）は、はじき出し損傷(dpa)により変化する。そこで、dpaの深さ分布から降伏応力の深さ分布を見積もり、その結果、降伏応力は入射イオンの侵入深さで最大値を持ち、それより深い領域では減少することが分かった。このため、ブリスター生成の起点となる亀裂が侵入深さよりも深い領域で発生する可能性を示した。電子顕微鏡によりヘリウム照射箇所と未照射箇所の結晶粒径を測定し、照射箇所の粒径は未照射箇所よりも大きく、侵入深さ周辺で粒径の増加が確認できた。高エネルギーヘリウム照射により堆積したタングステン中のヘリウムの拡散挙動を調査するため、タングステン中のヘリウムの拡散方程式を数値計算した。ヘリウム照射実験時の粒子フラックスと SRIM/TRIMコードにより計算したタングステン中に堆積したヘリウムの深さ分布を用いて、ヘリウム照射による流入と拡散による流出の時間発展を計算した。その結果、試料表面側ではヘリウムが溜まりにくく、深部側ではヘリウムが溜まりやすいことを明らかにした。

磁場閉じ込め型核融合システムのプラズマ対向材料にタングステンが検討されている。本研究では、高エネルギーヘリウム照射によるタングステンの局所加熱と損傷生成との関係を調査することを目的としている。静電加速器を用いたヘリウムイオンビーム照射実験を行い、試料内部の損傷を透過型電子顕微鏡と走査型電子顕微鏡を駆使して調査した。測定したブリスターの深さが、予想されたヘリウムの侵入深さよりも大きな値を示した。材料にイオンが入射するとはじき出しが発生し、材料の強度（降伏応力）は、はじき出し損傷(dpa)により変化する。そこで、dpaの深さ分布から降伏応力の深さ分布を見積もり、その結果、降伏応力は入射イオンの侵入深さで最大値を持ち、それより深い領域では減少することが分かった。このため、ブリスター生成の起点となる亀裂が侵入深さよりも深い領域で発生する可能性を示した。電子顕微鏡によりヘリウム照射箇所と未照射箇所の結晶粒径を測定し、照射箇所の粒径は未照射箇所よりも大きく、侵入深さ周辺で粒径の増加が確認できた。高エネルギーヘリウム照射により堆積したタングステン中のヘリウムの拡散挙動を調査するため、タングステン中のヘリウムの拡散方程式を数値計算した。ヘリウム照射実験時の粒子フラックスと SRIM/TRIMコードにより計算したタングステン中に堆積したヘリウムの深さ分布を用いて、ヘリウム照射による流入と拡散による流出の時間発展を計算した。その結果、試料表面側ではヘリウムが溜まりにくく、深部側ではヘリウムが溜まりやすいことを明らかにした。