Dynamic interactions of lattice defects and hydrogen isotopes in tungsten and its influence on tritium behavior

本研究の核心をなす学術的「問い」は、「中性子照射下におけるタングステン（W）中の空孔型格子欠陥の動的挙動（消滅や集合体形成）に、共存する水素同位体が影響を与えるか？」である。核融合炉プラズマ対向材料であるWが重水素とトリチウム（T）の核融合反応で生じる高エネルギー中性子の照射を受けると、格子欠陥が形成され、それらが水素同位体をトラップすることで、炉内のT蓄積量が著しく増大する懸念がある。高温では拡散を通して格子欠陥の消滅やクラスタリングが起こり、このような動的挙動がT蓄積量に影響を与えるが、水素同位体と格子欠陥が結合した場合の欠陥の動的挙動については、ほとんど知見がない。そこで、本研究グループが発案した「水素同位体雰囲気下中性子照射キャプセル」を用いて中性子照射したW試料および電子線照射した試料を用いて、水素同位体共存下での欠陥の動的挙動を明らかにする。「水素同位体雰囲気下中性子照射キャプセル」の照射は米国オークリッジ国立研究所の研究炉HFIRで行った。中性子照射による誘導放射能の減衰を評価した結果、ハンズオンでの取り扱いに問題ないと判断し、米国側研究者と協議の上、キャプセルの開封計画および試料輸送計画を立案した。現状では、2023年度中に東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターへ輸送し、照射後試験を開始する予定である。また、京都大学複合原子力科学研究所の電子線加速器を用いて、W試料に8 MeVの電子線を平均はじき出し回数が0.005となる程度まで照射した。比較のため測定した未照射試料中の陽電子寿命が130 psであったのに対し、照射試料では140 psの成分と360 psの成分が見られた。これらの成分は、それぞれ単空孔と空孔クラスタに対応している。今後、水素同位体を導入した状態で熱処理し、さらなるクラスタリングに及ぼす水素同位体の影響を調べる。

本研究の核心をなす学術的「問い」は、「中性子照射下におけるタングステン（W）中の空孔型格子欠陥の動的挙動（消滅や集合体形成）に、共存する水素同位体が影響を与えるか？」である。核融合炉プラズマ対向材料であるWが重水素とトリチウム（T）の核融合反応で生じる高エネルギー中性子の照射を受けると、格子欠陥が形成され、それらが水素同位体をトラップすることで、炉内のT蓄積量が著しく増大する懸念がある。高温では拡散を通して格子欠陥の消滅やクラスタリングが起こり、このような動的挙動がT蓄積量に影響を与えるが、水素同位体と格子欠陥が結合した場合の欠陥の動的挙動については、ほとんど知見がない。そこで、本研究グループが発案した「水素同位体雰囲気下中性子照射キャプセル」を用いて中性子照射したW試料および電子線照射した試料を用いて、水素同位体共存下での欠陥の動的挙動を明らかにする。「水素同位体雰囲気下中性子照射キャプセル」の照射は米国オークリッジ国立研究所の研究炉HFIRで行った。中性子照射による誘導放射能の減衰を評価した結果、ハンズオンでの取り扱いに問題ないと判断し、米国側研究者と協議の上、キャプセルの開封計画および試料輸送計画を立案した。現状では、2023年度中に東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターへ輸送し、照射後試験を開始する予定である。また、京都大学複合原子力科学研究所の電子線加速器を用いて、W試料に8 MeVの電子線を平均はじき出し回数が0.005となる程度まで照射した。比較のため測定した未照射試料中の陽電子寿命が130 psであったのに対し、照射試料では140 psの成分と360 psの成分が見られた。これらの成分は、それぞれ単空孔と空孔クラスタに対応している。今後、水素同位体を導入した状態で熱処理し、さらなるクラスタリングに及ぼす水素同位体の影響を調べる。