長時間トカマクプラズマ放電による対向材料の複合的表面損傷

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実機プラズマ閉じ込め装置におけるプラズマ対向材料の複合的な表面損傷を解明することを目的として、九州大学応用力学研究所の超伝導強磁場トカマクTRIAM-1Mを使用し、試料をプラズマエッジ近傍の所定の位置に固定し、所定のプラズマ放電を行い、放電終了後、試料を取り出し分析を行った。その結果以下とことが明らかとなった。1.タングステン試料を始め、金属試料には、荷電交換中性水素粒子によるものと考えられる照射欠陥が発生しており、これらは、水素吸蔵や強度特性に影響を及ぼすことが予想される。さらに、シミュレーション実験との比較により、照射欠陥の形成に寄与した水素粒子のエネルギー及び真空容器壁への入射フラックスが求められた。2.プラズマ放電時に真空容器近傍の表面には、不純物原子の堆積により本来の表面とは、異なる組成、構造から成る表面層が形成されている。特に、堆積層は、酸素等の混入により数nmの微結晶を構成している。この堆積挙動は、位置の依存性も大きい。3.重水素イオン照射した不純物堆積層の熱放出実験では、重水素の放出ピークは、本来の壁材であるSUS304Lと比較して、約100℃、高温側にシフトしていた。この結果は、不純物堆積層から加熱による水素リサイクリングでは、本来の材料からのものとは、異なることを示している。4.不純物堆積層では、酸素が含まれており、比較的低温で、水として放出される。これらのことは、水素プラズマ照射下では、酸素のプラズマへの混入が促進されることを示している。