各種黒鉛材料の表面改質とその第一壁としての適元性の評価

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核融合炉の第一壁としての低原子番号材料の表面特性を、シミュレーション研究と実機プラズマ研究との両面から系統的に検討し、次期装置で使用される第一壁候補材料の特性評価ならび適切な材料の選択のための基礎データーの構築を目標とした。本年度は昨年度までの研究成果の上に、高性能黒鉛材、複合強化材、表面改質材を研究対象として真空工学的特性、耐プラズマ安定性、熱、機械的特性について組織的な研究を行った。真空工学的特性・炭素材料からの気体放出量は、表面積、黒鉛化度、高純度および保存状態に依存する。特に800°C以上の高温領域で放出する気体は、作成温度と原材料に強く影響される。これらの観点にたって作成された高性能黒鉛材は1000°Cまでのグラム当たりの気体放出量は1×10^<17>個となり、従来の黒鉛に比べて1オーダー減少した。複合強化材もほぼ同様な放出量であるが、表面に熱分解炭素を被覆すると1〜2オーダー減少した。レーザービーム照射による実験では様々の形のクラスターが放出していることがわかった。気体の透過率は高密度に依存し、0.3の密度変化に対して3桁も変化した。耐プラズマ安定性の評価・原子状水素のリテンションについて調べた結果、気体放出特性と同様に高密度の大きい黒鉛ほどリテンション量も多きかった。また原子状水素を照射すると表面に一定濃度の水素を含む改質層が生成していることが考えられる。炭素の化学スパッター収率に及ぼす金属不純物の折出の影響について、真空容器の構造元素とチタンについて調べた結果、チタンがもっともスパッタリング収率を低下させることが分かった。熱・機械的特性・熱分解炭素膜厚の厚いほど損耗量が大きい。複合強化材ではマトリックス炭素が損耗し、繊維が後に残ることが分かった。亀裂進展性を調べると複合強化材は黒鉛に比べて小さく優れた材料であることがわかった。