液体金属自由表面流を用いたプラズマ-液体相互作用研究

本研究は、世界的にも実験的な研究が少ない、液体金属の自由表面流とプラズマの相互作用を調べることを主眼としている。2022年度は真空中での溶融スズの自由表面流を実現するため、全体を300度に加熱し、高価であり、循環系であるためプラズマ照射後の溶融スズの分析には不向きな電磁ポンプを用いた循環ではなく、不活性ガス（アルゴン）のガス圧によって一方向に溶融スズを駆動させる液体金属流動装置を設計・製作し、大気に晒すことなく溶融スズを駆動するシステムを実現した。また、核融合炉での液体金属自由表面流の応用にも必要である壁面の濡れ性改善手法として、溶融スズを用いてステンレス鋼(sus304)表面に形成した合金層を用いる方法を考案し、その性能を上記装置で評価した。結果、未処理のsus304で作成したスロープでは、投入した溶融スズが金属との表面張力差の大きさによりボール状の液滴として滑り落ちる一方で、sus304表面に合金層を形成したスロープでは幅約60mmの自由表面流の形成に成功した。この手法による金属表面の濡れ性改善は、先行研究で用いられるプラズマを照射するのと同じ真空系での前処理プラズマ照射を行う手法より簡便で、大気曝露にも強いため、有用な手法であると考えられる。上記の成果を踏まえ、既存の直線型プラズマ装置に上記と同様の液体金属流動装置を導入するため、その設計・製作を開始し、2022年度末までに装置の設計と照射・計測チャンバーなどの製作を終了した。

本研究は、世界的にも実験的な研究が少ない、液体金属の自由表面流とプラズマの相互作用を調べることを主眼としている。2022年度は真空中での溶融スズの自由表面流を実現するため、全体を300度に加熱し、高価であり、循環系であるためプラズマ照射後の溶融スズの分析には不向きな電磁ポンプを用いた循環ではなく、不活性ガス（アルゴン）のガス圧によって一方向に溶融スズを駆動させる液体金属流動装置を設計・製作し、大気に晒すことなく溶融スズを駆動するシステムを実現した。また、核融合炉での液体金属自由表面流の応用にも必要である壁面の濡れ性改善手法として、溶融スズを用いてステンレス鋼(sus304)表面に形成した合金層を用いる方法を考案し、その性能を上記装置で評価した。結果、未処理のsus304で作成したスロープでは、投入した溶融スズが金属との表面張力差の大きさによりボール状の液滴として滑り落ちる一方で、sus304表面に合金層を形成したスロープでは幅約60mmの自由表面流の形成に成功した。この手法による金属表面の濡れ性改善は、先行研究で用いられるプラズマを照射するのと同じ真空系での前処理プラズマ照射を行う手法より簡便で、大気曝露にも強いため、有用な手法であると考えられる。上記の成果を踏まえ、既存の直線型プラズマ装置に上記と同様の液体金属流動装置を導入するため、その設計・製作を開始し、2022年度末までに装置の設計と照射・計測チャンバーなどの製作を終了した。