ITERのプラズマ対向壁材としてのタングステンの可能性に関する研究

钨作为ITER面向等离子体壁材料的可能性研究

• 批准号: 17760667
• 负责人: 川上 烈生
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: The University of Tokushima
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760667/
• 关键词: タングステン; 炭素; 化学スパッタリング; 偏析; 拡散; タングステンカーバイト; ITERダイバータ; 周辺プラズマ

本年度から建設が開始され,10年後に実験が開始されるITERのダイバータ板材として炭素とタングステンとの併用が検討されています.しかしながら,この併用により混成層を引起こし,プラズマ対向壁材としての十分な機能が果たしえるのか,問題視されています.そこで本研究は,付着した炭素不純物により,どのようにタングステンの対向壁材としての表面物性や機能が変化するのか,また,その背後にある要因を明らかにしました.特に,炭素不純物密度の違いによる炭素不純物の熱的振舞い(偏析,化学スパッタリング,拡散)について,次のような知見を得るに至りました.(1)水素プラズマ中に含まれる炭素不純物密度が低い場合(0.1%以下),タングステン表面から数十nmの深さにタングステンカーバイト(WC)が形成されます(表面上はタングステン).これは,水素イオンと炭素不純物の相乗効果から齎される付着炭素の物理的振舞いであるリコイル・インプランテーション(recoil implantation)によるものであり,熱的振舞いにより説明する事が出来ません.(2)炭素不純物密度が高い場合(0.8%以上)では,タングステン表面上に炭素とWCの混成層が形成され,表面から深くなると炭素がなくなりWCのみが形成されます.これは,化学スパッタリングによる若干の表面上の炭素の減少があるものの,ほとんど付着炭素の偏析効果により説明することができます.また,通常の材料温度領域においては,拡散効果は寄与しないことがわかりました.(3)タングステンの特徴をより理解するために,第一壁の対向壁材として期待されているステンレス鋼(F82H)の結果と比較を行いますと,F82Hでは炭化物が形成されなく,不純物炭素の化学スパッタリングと拡散効果が支配的になることがわかります.この結果は,タングステンとは対照的であるので,タングステンに対して両効果が現れない理由として,WCの形成が大きく寄与していることを意味しています.

This year's construction began, and 10 years later, the company began to discuss the use of carbon and other materials. The composite layer causes problems, such as the wall material, the function, and the problem. In this study, the main reasons for the change of surface properties and functions of carbon impurities are clarified. In particular, carbon impurity density deviation, carbon impurity thermal vibration (segregation, chemical separation, dispersion), secondary knowledge of the phenomenon to the point. (1)When the carbon impurity density is low (0.1% or less), the carbon impurity (WC) is formed at a depth of tens of nm on the surface. This is the result of the phase transition between water and carbon impurities, and the physical vibration of carbon. (2)When the density of carbon impurities is high (0.8% or more), a mixed layer of carbon and WC is formed on the surface of the carbon impurity, and a mixed layer of carbon and WC is formed on the surface of the carbon impurity. The carbon on the surface of a certain chemical compound is reduced, and the carbon segregation effect is explained. Usually, the temperature of the material is in the field, and the dispersion effect is in the field. (3)In order to understand the characteristics of carbon, the first wall and the opposite wall materials are expected to be used for the comparison of the results of carbon steel (F82H). The result is that the reason why WC is formed is that it is formed in the opposite direction.

项目成果

Simulation Study on Effects of Chemically Eroded Methane and Ethylene Molecules on Carbon Impurity Transport and Net Erosion of Carbon Materials

化学侵蚀甲烷和乙烯分子对碳材料碳杂质输运和净侵蚀影响的模拟研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Plasma and Fusion Research SERIES 7
• 作者: Y.;Koba;et. al.;M.Imamura et al.;古場裕介;嶋津拓郎;古場裕介;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami
• 通讯作者: Retsuo Kawakami

Influence of Carbon Impurity on Net Erosion of Reduced-Activation Ferritic/Martensitic Steel and Tungsten Materials Exposed to Hydrogen and Carbon Mixed Ion Beam Relevant to Fusion Plasma Boundary

碳杂质对低活化铁素体/马氏体钢和钨材料暴露于聚变等离子体边界的氢碳混合离子束净侵蚀的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 45・1A
• 作者: Y.;Koba;et. al.;M.Imamura et al.;古場裕介;嶋津拓郎;古場裕介;Retsuo Kawakami
• 通讯作者: Retsuo Kawakami

Simulation study of carbon impurity dynamics on reduced-activation ferritic/martensitic steel material at elevated temperatures under hydrogen exposure

氢暴露下高温还原活化铁素体/马氏体钢碳杂质动力学模拟研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Fusion Engineering and Design 81
• 作者: Y.;Koba;et. al.;M.Imamura et al.;古場裕介;嶋津拓郎;古場裕介;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami
• 通讯作者: Retsuo Kawakami

Simulation Study on Influence of Chemically Eroded Higher Hydrocarbons on SOL Impurity Transport and Effect of Dynamical Material Mixing on Erosion/Denosition of Tungsten Surfaces Exposed to Plasma Boundary

化学侵蚀高级烃对溶胶杂质输运的影响以及动态材料混合对暴露于等离子体边界的钨表面侵蚀/去噪影响的模拟研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Nuclear Materials 337-339
• 作者: Y.;Koba;et. al.;M.Imamura et al.;古場裕介;嶋津拓郎;古場裕介;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami
• 通讯作者: Retsuo Kawakami

Simulation Study on Influence of Chemically Eroded Carbon Impurity Transport on Net Sputtering Erosion of Carbon Materials Exposed to Edge Fusion Plasmas

化学侵蚀碳杂质传输对边缘融合等离子体碳材料净溅射侵蚀影响的模拟研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 44・2
• 作者: Y.;Koba;et. al.;M.Imamura et al.;古場裕介;嶋津拓郎;古場裕介;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami;Retsuo Kawakami
• 通讯作者: Retsuo Kawakami