高エネルギーヘリウム照射によるプラズマ対向材のブリスター生成機構解明

本年度は，(1)拡散方程式の解析解を導出し，タングステン内のヘリウムの濃度分布を計算し,(2)タングステン試料の初期欠陥を回復させるための管状炉を開発した．(1)これまでヘリウムの挙動を解析には差分法による数値シミュレーションを用いてきた．しかし，実際に核融合システムで入射しうる粒子フラックで試料内のヘリウム拡散挙動を解析するためには，マイクロメートルオーダーの空間を数時間オーダーの時間で解析する必要がある．クーラン条件により空間ステップと時間ステップには制約がかかるため，興味のある結果を得るためには計算コストをかける必要がある．そこで，ヘリウムの蓄積量を大まかに見積もるため，拡散方程式の解析解を導出した．具体的には，拡散源であるヘリウムの濃度分布をガウシアンで近似し，フーリエ変換を用いて導出した．これにより，数日の計算時間を要する計算を瞬時に行うことが出来るようになった．また，得られた数密度を求める式から蓄積されたヘリウムが作る内圧を計算した．同様に実験時の粒子フルエンスから内圧を計算し，比較したところ実験結果とおおよそ一致することを確認した．これはブリスターの内圧から，ブリスターを駆動するために十分な粒子フルエンスと静電加速器の運転時間を見積もれる関係式を得たことを意味する．(2)ブリスターの生成特性は,同じ材料であっても結晶粒径,初期欠陥密度,残留応力,結晶方位などのパラメータに依存する。そこで，アニールにより初期欠陥を回復させるための実験系を構築した．窒素+水素雰囲気で1400度で1時間アニールすることで，多結晶タングステンの再結晶化を確認した．これにより，材料の初期条件によるブリスター生成の依存性を低減できると考えられる．

本年度は，(1)拡散方程式の解析解を導出し，タングステン内のヘリウムの濃度分布を計算し,(2)タングステン試料の初期欠陥を回復させるための管状炉を開発した．(1)これまでヘリウムの挙動を解析には差分法による数値シミュレーションを用いてきた．しかし，実際に核融合システムで入射しうる粒子フラックで試料内のヘリウム拡散挙動を解析するためには，マイクロメートルオーダーの空間を数時間オーダーの時間で解析する必要がある．クーラン条件により空間ステップと時間ステップには制約がかかるため，興味のある結果を得るためには計算コストをかける必要がある．そこで，ヘリウムの蓄積量を大まかに見積もるため，拡散方程式の解析解を導出した．具体的には，拡散源であるヘリウムの濃度分布をガウシアンで近似し，フーリエ変換を用いて導出した．これにより，数日の計算時間を要する計算を瞬時に行うことが出来るようになった．また，得られた数密度を求める式から蓄積されたヘリウムが作る内圧を計算した．同様に実験時の粒子フルエンスから内圧を計算し，比較したところ実験結果とおおよそ一致することを確認した．これはブリスターの内圧から，ブリスターを駆動するために十分な粒子フルエンスと静電加速器の運転時間を見積もれる関係式を得たことを意味する．(2)ブリスターの生成特性は,同じ材料であっても結晶粒径,初期欠陥密度,残留応力,結晶方位などのパラメータに依存する。そこで，アニールにより初期欠陥を回復させるための実験系を構築した．窒素+水素雰囲気で1400度で1時間アニールすることで，多結晶タングステンの再結晶化を確認した．これにより，材料の初期条件によるブリスター生成の依存性を低減できると考えられる．