核融合炉用黒鉛および炭素複合材の熱衝撃試験による耐ディスラプション性の評価

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核融合炉の第1壁材として黒鉛または炭素複合材が(1)低原子番号材、(2)最高の高融点材、(3)高温における高強度および高靭性に加えて抜群の耐熱衝撃性を有し、(4)高温ガス炉用炉心材料として豊富な中性子照射データがあり、(5)高純度低放射性を有する点で基本的に有用であることから、現在JT-60第一壁に採用されている。本研究においてはJT-60用に開発された黒鉛5種類および炭素繊維強化炭素複合材C/C-複合材6種類について、一連の機械的ならびに破壊力学的性質の実験的評価を行った。特に第1壁材として重要なプラズマディスラプションに対応する熱衝撃破壊を検討するため円板状試料の中心部をアーク放電加熱することによる熱衝撃抵抗ならびに熱衝撃破壊靭性の測定を行った。これらの結果から核融合炉用第1壁としての適用性の評価を行った。その結果、黒鉛材料ではETP-10およびIG430Uがすぐれ、C/C-複合材では成型圧方向に直角方向を除きいずれも黒鉛材料を大幅に上回る成績を示した。核融合炉第一壁材は高エネルギースペクトルの中性子照射を受ける。日本原子力研究所の材料試験炉(JMTR)を用いて、中性子束(1.1〜3.3)×10^<24>n/cm^2S,E>29fjで全中性子照射量(1.1〜1.88)×10^<21>n/cm^2,E>29fj(照射温度650〜1000°C)の照射前、後の熱衝撃抵抗ならびに熱衝撃破壊靭性を含む一連の機械的ならびに破壊力学的諸性質の変化を測定した。これから、照射により機械的ならび破壊力学的性質はいずれも増大するが、熱衝撃抵抗ならびに熱衝撃破壊靭性は熱伝導率の著しい減少により約30%の劣化を生ずることを明らかにした。また円板が偏心局部加熱を受ける場合の熱応力と応力拡大係数の解析を行い、熱衝撃抵抗ならびに破壊靭性に及ぼす影響を明らかにした。