高熱負荷ダイバータのための多層被覆粒子照射特性

1.超高温環境下におけるプラズマ対向層の粒子照射による損耗被覆粒子ダイバータの表層材料の候補材として,ボロンコーティング材とボロン添加黒鉛材の損耗特性を水素および重水素による高粒子束ビーム照射(〜1x10^<22>atoms/m^2s)により調べた。本実験の結果,ボロンコーティングは低い熱伝導率により高熱流束用途には不向きだが,イオン照射による損耗のうちイオンとして放出される成分が再堆積する効果により,磁場プラズマでの照射では損耗率が実効的に低減する可能性が示された。ボロン添加黒鉛材についてはボロンを3wt.%程度含有する事により,化学スパッタリングによる損耗が黒鉛材の40%に低減し,以後添加量を増加しても損耗抑制効果は飽和する事が示された。2.多層被覆粒子の水素吸蔵機能多層被覆粒子のプラズマ対向層の水素吸蔵による粒子ダイバータの排気機能を見積もるため,黒鉛材料中に入射した水素原子の質量平衡方程式を用いて照射環境での動的な水素挙動のシミュレーションを行った。本年度は,損耗による表面後退の効果を入れる事で,より正確なガス吸蔵/放出の過渡特性を評価する事により,被覆粒子ダイバータのシステムとしての排気特性の見積を行なった。この結果,1.5GWクラスの核融合炉における必要排気量2x10^<22>hydrogen atoms/sを満たす排気性能を黒鉛材を表層に用いた被覆粒子ダイバータにより実現可能である事が示された。3.ダイバータ環境における高熱流束照射により発生する熱応力のダイバータの性能への影響本年度は多層被覆の効果を計算に入れて,被覆粒子への入射熱流束により誘起される熱応力を調べた。この結果,単層のカーネルの強度と熱応力から算出した許容最大熱負荷と比較して大きな違いを持たない事が示された。以上

1.超高温環境下におけるプラズマ対向層の粒子照射による損耗被覆粒子ダイバータの表層材料の候補材として,ボロンコーティング材とボロン添加黒鉛材の損耗特性を水素および重水素による高粒子束ビーム照射(〜1x10^<22>atoms/m^2s)により調べた。本実験の結果,ボロンコーティングは低い熱伝導率により高熱流束用途には不向きだが,イオン照射による損耗のうちイオンとして放出される成分が再堆積する効果により,磁場プラズマでの照射では損耗率が実効的に低減する可能性が示された。ボロン添加黒鉛材についてはボロンを3wt.%程度含有する事により,化学スパッタリングによる損耗が黒鉛材の40%に低減し,以後添加量を増加しても損耗抑制効果は飽和する事が示された。2.多層被覆粒子の水素吸蔵機能多層被覆粒子のプラズマ対向層の水素吸蔵による粒子ダイバータの排気機能を見積もるため,黒鉛材料中に入射した水素原子の質量平衡方程式を用いて照射環境での動的な水素挙動のシミュレーションを行った。本年度は,損耗による表面後退の効果を入れる事で,より正確なガス吸蔵/放出の過渡特性を評価する事により,被覆粒子ダイバータのシステムとしての排気特性の見積を行なった。この結果,1.5GWクラスの核融合炉における必要排気量2x10^<22>hydrogen atoms/sを満たす排気性能を黒鉛材を表層に用いた被覆粒子ダイバータにより実現可能である事が示された。3.ダイバータ環境における高熱流束照射により発生する熱応力のダイバータの性能への影響本年度は多層被覆の効果を計算に入れて,被覆粒子への入射熱流束により誘起される熱応力を調べた。この結果,単層のカーネルの強度と熱応力から算出した許容最大熱負荷と比較して大きな違いを持たない事が示された。以上