プラズマ装置のためのメンブレンポンプの開発

等离子设备用隔膜泵的开发

基本信息

批准号：
09780472
负责人：
鈴木肇
金额：
$ 1.15万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09780472/
关键词：
水素超透過現象メンブレンポンププラズマニオブ

项目摘要

核融合装置での使用を想定した、強磁場中で動作する高効率の水素排気ポンプとして、メンブレンポンプが提案されている。これはV、Nb、Taなどの遷移金属の膜(メンブレン)が水素原子をよく透過させる性質を利用したポンプで、すでに原理実証試験は終了している。しかしこのポンプは金属膜の表面の状態が重要であり、実際に核融合装置で使用する場合は不純物が表面に与える影響が重要であると考えられる。本研究は、不純物、特に核融合装置を想定して炭素と鉄が、メンブレンポンプにどのような影響を与えるかを調査したものである。本研究では、プラズマがメンブレンに与える影響を調査するため、プラズマ-メンブレン試験装置(PMTD)を用いて実験を行った。PMTDの中央にはニオブ製のメンブレンが置かれ、まわりを取り囲むようにプラズマが生成される。今回の実験では、PMTDの内部にステンレス鋼ないし炭素板のターゲットを配置し、電場によってプラズマを加速してプラズマ粒子をターゲットに衝突させてターゲット材料を飛ばして、メンブレン表面に付着させた。これは実際に核融合装置で起きると思われる現象を模擬している。結果は予想した通り、鉄、炭素ともにメンブレン表面への付着は一般に透過水素量を減らす効果を生むことが観測された。しかし、同じ実験を異なる温度条件で行うと、温度が高いほど表面不純物の影響が小さくなり、メンブレンの温度が800℃以上では、不純物の影響はほとんど観測されなかった。よって、適当な温度条件で運転すれば、実際の核融合装置においても、メンブレンポンプは連続的に使用が可能であることがわかった。

已经提出了一个膜泵作为高效的氢气泵，该氢气泵在强磁场中运行，该磁场旨在用于核融合装置。这是一个利用过渡金属膜（膜）（例如V，NB和TA）的特性来很好地传输氢原子的泵，并且原理示范试验已经完成。但是，金属膜表面的状态对于该泵很重要，当实际用于核融合装置时，杂质对表面的影响被认为很重要。这项研究调查了碳和铁对核泵，尤其是杂质的影响，在核融合装置的情况下。在这项研究中，使用等离子体膜测试装置（PMTD）进行了实验，以研究血浆对膜的影响。将niobium膜放置在PMTD的中心，形成周围的血浆。在此实验中，将不锈钢或碳板的靶标放置在PMTD内，并通过电场加速等离子体，以与血浆颗粒碰撞到目标上，导致目标材料飞行，并将其连接到膜表面。这模拟了似乎在核融合装置中实际发生的现象。正如预期的那样，观察到铁和碳粘附在膜表面通常会产生减少可渗透氢量的作用。但是，当在不同的温度条件下进行相同的实验时，温度越高，表面杂质的效果就越少，并且当膜温度高于800°C时，几乎没有观察到杂质的影响。因此，已经发现，即使在实际的核融合装置中，如果在适当的温度条件下操作，也可以连续使用膜泵。