プラズマ・カーボン壁相互作用による微粒子形成機構の研究

等离子体-碳壁相互作用颗粒形成机制研究

• 批准号: 14780385
• 负责人: 古閑 一憲
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780385/
• 关键词: プラズマ-壁相互作用; カーボンダスト; 微粒子; 水素プラズマ; ダイバータ; カーボンファイバーコンポジット; グラファイト; 核融合; トリチウム

近年,核融合実験装置内で発見されているカーボンダストは,トリチウムを吸蔵し装置内に残留するため問題視されているものの,その発生起源は不明である.本研究は,水素プラズマ・壁相互作用によるカーボンダスト発生のモデル実験を行い,この発生起源を検討することを目的としたもので,以下の成果を得た.1.水素プラズマ・壁相互作用により,サイズ10nm程度と,300nm程度以上の2種類のダストが発生する.前者はほぼ球形で,気相で発生・成長したと考えられる.後者は不規則形状で,壁面堆積物の剥離に起因していると考えられる.また,10nm程度のダストの密度は,300nm程度以上のダストより3桁以上高く,トリチウム吸蔵の問題に関してより重要であると予想される.2.カーボン壁への入射イオンエネルギーが15eVから200eVへ増加するにつれて,カーボン壁への水素吸蔵量が増加すること,カーボン壁からのカーボン系原子・分子の放出量が減少すること,10nm程度のダストの平均サイズと総体積がカーボンファイバコンポジットでは1/2,3/5,グラファイトでは1/3,1/5に減少することが分かった.3.カーボンファイバコンポジットに比べてグラファイトでは,ダストの平均サイズと総体積がそれぞれ1/2,1/3になることが分かった.本研究で用いた水素プラズマは,電子温度5eV,イオン密度10^<17>m^<-3>,水素原子密度は10^<18>m^<-3>程度である.今後,10^<19>m^<-3>以上のイオン密度を実現し核融合実験装置のダイバータ近傍に近い条件で,カーボンダスト発生起源を解明する必要がある.

In recent years, nuclear fusion be 験 device で 発 see さ れ て い る カ ー ボ ン ダ ス ト は, ト リ チ ウ ム を suction 蔵 し に plant residues す る た め problem regards さ れ て い る も の の, そ の 発 raw unknown origin は で あ る. は this study, the water element プ ラ ズ マ, wall interaction に よ る カ ー ボ ン ダ ス ト 発 raw の モ デ ル be 験 を い, こ の 発 raw origin を beg す 検 る こ と を purpose と し た も の で, the following の results を た. 1. Water element プ ラ ズ マ, wall interaction に よ り, サ イ ズ と 10 nm degree, more than 300 nm level の 2 kinds の ダ ス ト が 発 raw す る. The former は ほ ぼ spherical で, 気 で 発 born, grow し た と exam え ら れ る. The latter で は irregular shape, surface debris の stripping に cause し て い る と exam え ら れ る. ま た, 10 nm level の ダ ス ト の は density, more than 300 nm level の ダ ス ト よ り high above 3 girder く, ト リ チ ウ ム suction 蔵 の problem に masato し て よ り important で あ る と To think さ れ る. 2. カ ー ボ ン wall へ の incident イ オ ン エ ネ ル ギ ー が 15 ev か ら へ raised 200 ev plus す る に つ れ て, カ ー ボ ン wall へ の 蔵 uptake water element が raised plus す る こ と, カ ー ボ ン wall か ら の カ ー ボ ン atom, molecule が の release quantity reduce す る こ と, 10 nm level の ダ ス ト の average サ イ ズ と 総 volume が カ ー ボ ン フ ァ イ バ コ ン ポ ジ ッ ト で は 1/2, 3/5, グ ラ フ ァ イ ト で は に 1/3, 1 / may reduce す る こ と が points か っ た. 3. カ ー ボ ン フ ァ イ バ コ ン ポ ジ ッ ト に than べ て グ ラ フ ァ イ ト で は, ダ ス ト の average サ イ ズ と 総 volume が そ れ ぞ れ 1/2, 1/3 に な る こ と が points か っ た. This research で い た water element プ ラ ズ マ は, electronic temperature 5 ev, イ オ ン density 10 ^ < 17 > m ^ < - > 3, water element atomic density は 10 ^ < > 18 m ^ 3 > < - degree で あ る. In the future, 10 ^ < > 19 m ^ 3 > < - above の イ オ ン density を be now be し nuclear fusion device 験 の ダ イ バ ー タ nearly alongside に nearly で い conditions, カ ー ボ ン ダ ス ト 発 raw origin を interpret す る necessary が あ る.

项目成果

K.Koga, R.Uehara, M.Shiratani, Y.Watanabe, A.Komori: "Carbon nano-particles due to interaction between H2 plasmas and carbon wall"Proc. ESCAMPIG16/ ICRP5 Joint Meeting. 1. 173-174 (2002)

K.Koga、R.Uehara、M.Shiratani、Y.Watanabe、A.Komori：“由于 H2 等离子体和碳壁之间的相互作用而产生碳纳米颗粒”Proc。

K.Koga, R.Uehara, Y.Kitaura, M.Shiratani, Y.Watanabe, A.Komori: "Carbon particle formation due to interaction between H_2 plasma and carbon fiber composite wall"IEEE Trans.Plasma Science. (in press). (2004)

K.Koga、R.Uehara、Y.Kitaura、M.Shiratani、Y.Watanabe、A.Komori：“由于 H_2 等离子体与碳纤维复合材料壁之间的相互作用而形成碳颗粒”IEEE Trans.Plasma Science。

M.Shiratani, M.Kai, K.Imabeppu, K.Koga, Y.Watanabe: "Correlation between Si cluster amount in silane HF discharges and quahity of a-Si : H films"Proc. of ESCANPIG16/ICRP5 Joint Meeting. 2. 323-324 (2002)

M.Shiratani、M.Kai、K.Imabeppu、K.Koga、Y.Watanabe：“硅烷 HF 放电中 Si 簇数量与 a-Si : H 薄膜质量之间的相关性”Proc。

Y.Watanabe, M.Shiratani, K.Koga: "Nucleation and subsequent growth of clusters in reactive plasmas(invited lecture paper)"Plasma Sources Science & Technology A. 11. 229-233 (2002)

Y.Watanabe、M.Shiratani、K.Koga：“反应等离子体中簇的成核和随后的生长（特邀演讲论文）”Plasma Sources Science

K.Koga, A.Harikai, M.Kai, K.Imabeppu.T, Ogata, T.Kinoshita, M.Shiratani, Y.Watanabe: "Deposition of high quality a-Si : H films at a high rate using cluster-suppressed VHF plasma CVD method"Proc. 20th Symp. Plasma Processing. 79-80 (2003)

K.Koga、A.Harikai、M.Kai、K.Imabeppu.T、Ogata、T.Kinoshita、M.Shiratani、Y.Watanabe：“使用 cluster- 高速沉积高质量 a-Si：H 薄膜