水素透過防止性セラミック薄膜に関する研究

防氢渗透陶瓷薄膜的研究

• 批准号: 08J09968
• 负责人: 近田 拓未
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09968/
• 关键词: 水素; トリチウム; 透過; 薄膜; セラミックス; 核融合炉; 原子力

本研究は、核融合炉ブランケットなどをはじめとした先進エネルギープラントで開発課題とされている金属の水素脆化および水素の透過損失をセラミックスの薄膜を設置することによって軽減する技術に関して研究を行っており、薄膜の微細構造と水素透過挙動より薄膜中の水素透過機構を解明することを目的としている。最終年度となる本年度は、より詳細な水素透過機構を解明するために、前年度までの研究で基礎的な透過挙動が得られている酸化エルビウムを薄膜材料として用い、固溶や拡散といった透過の素過程について検討した。続いて、普遍的な透過挙動の理解を進めるために薄膜中の水素透過機構のモデル化を行い、計算値と実験値の比較や他の手法への適用可能性を調べた。また、他の薄膜材料の検討として炭化ケイ素を用い、薄膜組織分析と透過試験より炭化ケイ素薄膜中の透過挙動を調べた。透過の素過程の検討においては、基板片面に成膜した場合と両面に成膜した場合の透過試験結果を比較した。両者で拡散律速が確認されたが、両面成膜試料では基板に比べて最大1/100000に透過を低減することがわかり、固溶・拡散過程を繰り返すことによる透過防止性能の大幅な向上が示唆された。透過機構のモデル化においては、基板被覆率や薄膜結晶の平均粒径をパラメータとして計算を行うことで実験値との良い一致を示した。また、結晶構造の違いや不純物等の影響を考慮することにより、他の成膜手法においても適用可能性の向上が期待できることがわかった。炭化ケイ素薄膜においては、マグネトロンスパッタリング法による均一な薄膜の作製が可能であることが示され、基板との熱膨張率差によって生じるクラック等、酸化エルビウム薄膜で得られている挙動と類似性が見られた一方で、表面における吸着の効果といった相違点が存在した。

这项研究是对技术进行研究的研究，以减少金属的氢化和氢渗透损失，这被认为是通过安装薄陶瓷薄膜来阐明薄膜中薄膜的薄膜和氢透明膜的薄膜薄膜中的氢渗透机制，这被认为是诸如核融合反应堆毯的高级能源植物中的开发问题。在今年的最后一年，为了更详细地阐明氢渗透机制，我们使用了氧化物，氧化物在上一年的研究中已作为薄膜材料实现了基本的渗透率行为，并研究了诸如固定溶液和扩散等渗透的基本过程。接下来，为了促进对通用渗透行为的理解，我们对薄膜中的氢渗透机制进行了建模，比较了计算的和实验值，并检查了适用性与其他方法。此外，碳化硅被用于研究其他薄膜材料，并通过薄膜组织分析和渗透试验检查了碳化硅碳化物薄膜中的渗透性行为。在检查传输的元素过程时，当将膜沉积在基板的一侧以及两侧沉积膜时，比较了传输测试的结果。确认了两者的扩散速率控制，但是发现与双面膜形成样品中的底物相比，传输降低了1/100,000，这表明由于反复的固定固体和扩散过程而导致的传输预防性能有了显着改善。在建模传输机理时，计算出薄膜晶体的底物覆盖率和平均粒径为参数，并且实验值良好。此外，已经发现，通过考虑晶体结构的差异和杂质的影响，可以预期可以改善其他膜形成方法的适用性。已经表明，均匀的薄膜可以通过磁控溅射来制造，尽管用氧化物Erbium氧化物薄膜获得的行为存在差异，例如由于底物的热膨胀系数差异而引起的裂纹，但存在差异，例如吸附在表面上的影响。

项目成果

RFスパッタリング法によるSiC薄膜の作製と水素透過挙動

射频溅射法制备SiC薄膜及氢渗透行为

• 发表时间: 2010
• 作者: 近田拓未;鈴木晶大;寺井隆幸
• 通讯作者: 寺井隆幸

Deuterium permeation behavior of erbium oxide coating on austenitic, ferritic, and ferritic/martensitic steels

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2008.12.030
• 发表时间: 2009-06
• 作者: T. Chikada;A. Suzuki;Zhe Yaoa;D. Levchuk;H. Maier;T. Terai;T. Muroga

Microstructure change and deuterium permeation behavior of erbium oxide coating

• DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.283
• 发表时间: 2011-10
• 期刊: Journal of Nuclear Materials
• 影响因子: 3.1
• 作者: T. Chikada;A. Suzuki;Tomohiro Kobayashi;H. Maier;T. Terai;T. Muroga

Study on Hydrogen Permeation Behavior of Erbium Oxide Coating as Tritium Permeation Barrier for Fusion Reactor Blanket

氧化铒涂层作为聚变堆包层氚渗透屏障的氢渗透行为研究

• 发表时间: 2008
• 作者: Takumi Chikada;Akihiro Suzuki;Tomohiro Kobayashi;Hans Maier;Takayuki Terai;Takeo Muroga;近田拓未;近田拓未;Takumi Chikada
• 通讯作者: Takumi Chikada

Deuterium Permeation Mechanism through Erbium Oxide Coating for Tritium Permeation Barrier

通过氧化铒涂层作为氚渗透屏障的氘渗透机制

• 发表时间: 2010
• 作者: T.Chikada;A.Suzuki;C.Adelhelm;H.Maier;T.Terai;T.Muroga
• 通讯作者: T.Muroga