熱泳動現象を利用した真空容器内放射化エロージョンダスト回収法

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核融合炉プラズマ対向機器は、ディスラプション時はもとより正常運転時においても、スパッタリングをはじめとする様々なエロージョン損耗を受け、損耗材料は放射化ダストとなって容器内に堆積する。核融合炉開発では、エロージョンそのものの抑制と並んで、これら放射化エロージョンダストの効果的な除去法の開発が必要である。巨大な容器を所定の真空度に引くのに少なくとも数日から1週間を要すると考えられるから、炉のコストパフォーマンス上、いったん作った真空を壊すことなく集塵作業を行う必要があるが、現状では真空環境下で有効な集塵方法はまったく確立されていない。本研究の提案する集塵法は、ダストと集塵板間の温度差に起因する熱泳動力のみを用いるもので、複雑な機構を要せず効率的に100μm程度の大粒子までの集塵を可能とする。今年度、本研究では、平行平板間で浮遊状態にある、従って壁からのファンデル・ワールス力を受けない粒子に働く熱泳動力を、場の幾何学的・熱的状態を表すパラメータの関数として確立し、熱泳動力を正確に評価した。これまでの平板間にある粒子に働く熱泳動力評価式はすべて平板間中心に位置することを仮定されており、本研究の目的に添わない。従って、平板間の位置に基づくクヌッセン数と熱泳動力との関係を求めた。従来の解析では、自由分子領域において、熱泳動力はクヌッセン数によらないとされていたが、本実験では低温側領域で熱泳動力のクヌッセン数依存性を確認した。また、分子動力学法を用いて、固体粒子表面と気体分子の相互作用をデータベース化し、マクロスケールでの解析(ここではDSMC法)に導入し、平板間中の粒子が熱泳動力によって移動するシミュレーションを行った。