低エネルギー(100eV以下)イオンと炉壁材料との相互作用の物理・科学過程の解明

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本年度は前年度に測定したCu^+イオンのグラファイト表面および金表面における反射率のエネルギー依存の実験結果を確認するため、Ni^+イオンのグラファイト表面および金表面における反射率のエネルギー依存を測定した。これと平行して実機条件下における表面層における水素挙動を明らかにするため、水素イオン照射下におけるグラファイト中の水素のダイナミック・リテンションのエネルギー依存を測定した。まず実験に先立ち、低エネルギーNi^+イオンを発生する条件を確立した。その結果、10eVにおいて10nA/cm^2程度のNi^+イオン電流密度が再現よく得られた。Ni^+イオンのグラファイト表面における反射率は5eVから200eVの範囲において、Cu^+イオンと同様に0.1以下であることが判明した。又Ni^+イオンの金表面における反射率は、Cu^+イオンと同様に約50eVにおいて最大値0.4をもつことが判明した。これらの結果からこの反射率が最大値をもつという化学結合効果は実験的に実証されたと結論される。照射下における水素濃度分布のエネルギー依存の動的測定の結果、水素濃度分布の最大値は、100eVから2500eVまで変化する時、8×10^<21>から、3.1×10^<22>/cm^3まで増加すること、および水素濃度分布が最大になる深さ(ピーク深さ)は照射水素イオンの投影飛程と一致することが判明した。これらの実験結果は3次元円筒モデルにおける質量平衡方程式の理論解と一致することが明らかとなった。このことは、質量平衡方程式がグラファイト中の水素のダイナミック・リテンションを予測するのにきわめて有効であることを示している。