プラズマ状態トリチウムの透過並びに生成不純物の挙動に関する実験的研究

重水素・トリチウムと壁材料の相互作用は、核融合炉のプラズマ閉じ込め性能の向上のためにも、商業用核融合炉の経済性及び安全性の観点からも重要な因子である。本研究では先づプラズマ壁相互作用の中でも特異な性質として知られるプラズマ状水素の金属透過(プラズマドリブンパーシェーション)をステンレス綱や銅、鉄、ニッケル等の材料について実験し、透過のメカニズムを検討した。その結果、プラズマ誘起透過はプラズマ室内中性ガス圧の圧力によって大きく変化し、0.1Torr以上の圧力ではプラズマ中の中性分子の解離が透過現象を支配しており、それ以下の圧力領域では壁に入射する電子流により透過が生じるという全く新らしい現象が発見された。この透過においては水素の透過が入射する電子の量(電流)に関し2〜3乗、特異な場合は5乗に比例するという非線形効果が観測された。透過の過程ではプラズマ対向材料表面での電子による水素分子解離と金属内拡散及び材料裏面での水素原子再結合がそれぞれ主要な要因となっていることが解明された。次にトリチウム導入排気系をプラズマ透過実験装置に取り付け、実際にトリチウムを入れて、透過実験を行ない、基本的には重水素が透過する条件でトリチウムも透過することを確認した。ただトリチウムの透過量は重水素の約10分の1と少なく、この現象の解明は今後の課題である。なお本研究の結果から商業炉モデル「スターファイヤー」のトリチウム透過量を推定したところ1日2000〜20000キュリーの値を得た。本研究では壁コーティイング炭素薄膜とプラズマの作用についても検討し、高圧グロー放電(1300V)では膜中水素とプラズマ中水素の交換が速く進行すること、プラズマ中にCH、C_2等の分子が生成すること等が分光分析によって確認された。

重水素・トリチウムと壁材料の相互作用は、核融合炉のプラズマ閉じ込め性能の向上のためにも、商業用核融合炉の経済性及び安全性の観点からも重要な因子である。本研究では先づプラズマ壁相互作用の中でも特異な性質として知られるプラズマ状水素の金属透過(プラズマドリブンパーシェーション)をステンレス綱や銅、鉄、ニッケル等の材料について実験し、透過のメカニズムを検討した。その結果、プラズマ誘起透過はプラズマ室内中性ガス圧の圧力によって大きく変化し、0.1Torr以上の圧力ではプラズマ中の中性分子の解離が透過現象を支配しており、それ以下の圧力領域では壁に入射する電子流により透過が生じるという全く新らしい現象が発見された。この透過においては水素の透過が入射する電子の量(電流)に関し2〜3乗、特異な場合は5乗に比例するという非線形効果が観測された。透過の過程ではプラズマ対向材料表面での電子による水素分子解離と金属内拡散及び材料裏面での水素原子再結合がそれぞれ主要な要因となっていることが解明された。次にトリチウム導入排気系をプラズマ透過実験装置に取り付け、実際にトリチウムを入れて、透過実験を行ない、基本的には重水素が透過する条件でトリチウムも透過することを確認した。ただトリチウムの透過量は重水素の約10分の1と少なく、この現象の解明は今後の課題である。なお本研究の結果から商業炉モデル「スターファイヤー」のトリチウム透過量を推定したところ1日2000〜20000キュリーの値を得た。本研究では壁コーティイング炭素薄膜とプラズマの作用についても検討し、高圧グロー放電(1300V)では膜中水素とプラズマ中水素の交換が速く進行すること、プラズマ中にCH、C_2等の分子が生成すること等が分光分析によって確認された。