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。

This study is aimed at exploring the water embrittlement of metals and the transmission loss of water in nuclear fusion furnaces and thin films. The study is aimed at understanding the mechanism of water transmission in thin films. Last year, this year's detailed analysis of the transmission mechanism of water, the previous year's research on the basis of the transmission mechanism, the acidification of thin film materials, the use of solid solution, dispersion and transmission of the process of water. In addition, the general understanding of water permeation mechanism in thin films has been improved, and the calculation value has been compared with the application possibility of other methods. The study of other thin film materials, the analysis of thin film microstructure, and the adjustment of transmission behavior in thin film carbonization Comparison of transmission test results in the case of film formation on the substrate and in the case of film formation on the surface The dispersion rate of the sample was confirmed to be 1/10000th of the maximum transmission rate of the sample. The transmission rate of the sample was significantly higher than that of the substrate. The average particle size of the thin film crystal is calculated by the method of calculating the thickness of the substrate. The influence of crystal structure, impurity, etc. is considered, and the possibility of application of other film forming methods is expected. Carbonized thin films can be produced uniformly, such as by thermal expansion rate difference between substrate and substrate. Acidified thin films can be produced by thermal expansion rate difference between substrate and substrate.

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

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

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

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