核融合炉第一壁で用いられる炭化ケイ素中での水素同位体挙動の解明とその体系化

聚变反应堆第一壁所用碳化硅中氢同位素行为的阐明和系统化

基本信息

批准号：
17760663
负责人：
大矢恭久
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Shizuoka University (2006)The University of Tokyo (2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では将来の核融合炉第一壁構造材料の候補のひとつである炭化ケイ素(SiC)に注目し、その中での水素同位体のダイナミックスをミクロ的な観点から検討し、詳細なメカニズムを明らかにすることを目的とした。特に、第一壁構造材料には核反応により生成した高エネルギーのヘリウムが直接材料に照射されるため、水素同位体のみの照射環境とは異なり、複合イオン照射環境が水素同位体滞留挙動に及ぼす影響について検討することが核融合炉安全の観点から重要な問題である。そこで、今年度は加熱温度を制御することにより、水素同位体の滞留挙動と欠陥の回復に及ぼす熱アニーリング効果について検討した。これまでに室温では重水素イオンのみを飽和量まで照射すると、重水素は炭化ケイ素中のケイ素および炭素に捕捉されるが、重水素イオンを飽和量まで照射した後にヘリウムイオンを同量照射するとケイ素に捕捉された重水素のみが照射初期においてヘリウムイオンと相互作用して脱離し、炭化ケイ素中での重水素の滞留量は減少することが明らかとなった。また、照射後に加熱すると重水素が脱離し、欠陥構造が回復するとともに一部の炭素が表面に偏析することが明らかとなった。一方、照射時の温度を800K以上にすることにより、重水素およびヘリウムイオン照射により生成した欠陥構造が速やかに回復するとともに、Si-C-D結合形成により重水素が滞留することが明らかとなった。さらにヘリウムイオンのエネルギーを変化させてSiCに照射することにより滞留しているヘリウムと重水素の相互作用についても検討した結果、低エネルギーのヘリウムを照射した方がTDSスペクトルの脱離ピークが低温側にわずかにシフトすることから表面近傍にヘリウムバブル等として滞留したヘリウムが、重水素の脱離障壁になっている可能性が示唆された。以上の結果より、ヘリウムバブルおよび炭素偏析が水素同位体の滞留に大きく影響していることが明らかとなった。

这项研究的重点是碳化硅（SIC），这是核融合反应器的第一个壁结构的候选者之一，旨在从微观的角度研究其内部氢同位素的动力学，并阐明详细机制。特别是，由于与核反应产生的高能氦直接辐照，与氢同位素的辐射环境不同，因此从安全角度来看，从安全性角度来看，与辐照环境相比，考虑复合离子辐照环境对氢同位素对氢同位素的影响的影响，与辐照环境不同。因此，今年，我们通过控制加热温度来研究了对氢同位素的保留行为的热退火影响和缺陷的恢复。到目前为止，当在室温下仅辐照氘离子至饱和量时，氘被困在硅中，在碳化硅中被困在硅中，但是当将氘离子离子饱和到饱和量，然后辐照氦离子以相同的量，仅在硅藻中与硅质相互辐射，并在硅离子中与硅离子相互作用，并在硅离子中相互作用。碳化硅中的氘量。还揭示了当辐照后加热氘时，氘被解吸并恢复了有缺陷的结构，并且有些碳被隔离到表面。另一方面，通过将辐照的温度设置为800K或更多，仅由氘和氦离子产生的缺陷结构迅速恢复，并且发现由于Si-c-d键的形成而发生氘保留。此外，我们还检查了氦与氘之间的相互作用，该相互作用是通过改变氦离子的能量和照射作用而保留的，并建议保留在表面附近的氦气可能是氘屏障的屏障，因为与低温降低降低速度略微降低了降低的螺旋峰，因此，氦气降低了。以上结果表明，氦气气泡和碳隔离对氢同位素的保留有重大影响。