金属ナノ構造上で誘起されるアークプラズマの特性およびナノ構造の損耗に関する研究

金属纳米结构电弧等离子体诱导特性及纳米结构磨损研究

• 批准号: 17J05670
• 负责人: 皇甫 度均
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J05670/
• 关键词: アーク; 核融合; ナノ構造; ヘリウムプラズマ; タングステン; ダイバータ; ステラレータ; アークプラズマ; プラズマ材料相互作用

１. Nano-tendril bundles(NTBs)構造の電界電子放出およびブレークダウン特性の評価：電界電子放出による電流変化はNTBsの形状や高さに依存し、数MV/mでブレークダウンが始まることを明らかにした。ブレークダウン後、NTBsの一部は完全に破壊されており、熱電界電子放出によるジュール加熱が原因であることが分かった。また、NTBが形成されたタングステン試料において過渡的熱負荷の印加が無くても自発的に誘起するアーキング現象が発見され、NTBsの電界電子放出の増大がアーキング誘起を容易にすることが示唆された。２．磁場と垂直な表面上におけるアークプラズマの運動と分光計測：磁場と垂直な平面上で100に及ぶアークスポットが同時発生することを示し、そのミクロ運動はランダムである一方、マクロには拡散運動することを示した。また、基盤のナノ構造厚みによりスポット数、運動速度が変化することを明らかにした。一方、アークプラズマの分光計測によりアークプラズマの電子温度および電子密度を評価した。電子温度はナノ構造厚みを逆相関関係にあるのに対し、電子密度は正の相関をしました。サハーボルツマン方程式より、ナノ構造厚みが増すほどアークプラズマ中にW中性粒子の割合が増加し、電子温度の減少に寄与したことが示唆された。３．大型核融合実験装置W7-Xにおけるアーク痕観察：ドイツの環状ステラレータW7-X内部調査を行い、プラズマ対向壁およびその基盤の表面上で発生したアーク痕を統計的に分析した。その結果、アーク痕のほとんどは主プラズマ運転の間に行うグロー放電洗浄時に発生したことが示唆された。一方、アーク痕は主としてプラズマ対向壁モジュールの縁や表面上に点在する堆積層から誘起された。

1. Evaluation of electron emission characteristics of Nano-tendril bundles(NTBs): The shape and height of NTBs depend on the number of MV/m. After the explosion, some NTBs are completely destroyed, and the thermoelectric field electrons are emitted. In addition, NTBs are easy to induce due to the increase of electron emission from NTBs. 2. Magnetic field and vertical surface motion spectrometer measurement: magnetic field and vertical surface motion 100 degrees and less than 100 degrees at the same time. The structure of the base plate is thick, the number of particles and the speed of movement are changed. The electron temperature and electron density of the spectrometer are evaluated. The electron temperature is inversely correlated with the electron density. The structure thickness increases and the electron temperature decreases. 3. The large nuclear fusion device W7-X was investigated by the internal investigation of the ring structure of the W7-X, and the statistical analysis of the occurrence of the ring structure on the surface of the substrate was carried out. As a result of this, the company will continue to provide services to the public. A layer of accumulated material on the surface of the wall of the wall

项目成果

Pulsation Effects of Incident Ion Energy on W Fuzz Growth

入射离子能量对 W 绒毛生长的脉动影响

• 发表时间: 2018
• 期刊: Plasma and Fusion Research:Rapid Communications
• 作者: Yuan;L.;Ohtani;E.;Shibazaki;Y.;Ozawa;S.;Jin;Z.;Suzuki;A.;Frost;D.;S.Kajita; S.Kawaguchi; D.Hwangbo; H.Tanaka; N.Ohno
• 通讯作者: S.Kajita; S.Kawaguchi; D.Hwangbo; H.Tanaka; N.Ohno

University of Liverpool(英国)

利物浦大学（英国）

Arc behavior on tungsten nanostructure under helium plasma exposure

氦等离子体暴露下钨纳米结构的电弧行为

• 发表时间: 2019
• 作者: D. Hwangbo;D. Nishijima;S. Kajita;R.P. Doerner;H. Tanaka and N. Ohno
• 通讯作者: H. Tanaka and N. Ohno

Ignition and sustainment of arcing on nanostructured tungsten with ambient plasma exposure

环境等离子体暴露下纳米结构钨上电弧的点燃和维持

• 发表时间: 2018
• 作者: Dogyun Hwangbo;Daisuke Nishijima;Sergey A. Barengolts;Mikhail M. Tsventoukh;Shin Kajita;Russell P. Doerner;Hirohiko Tanaka;Noriyasu Ohno
• 通讯作者: Noriyasu Ohno

Erosion of nanostructured tungsten by laser ablation, sputtering and arcing

• DOI: 10.1016/j.nme.2017.03.004
• 发表时间: 2017-08
• 期刊: Nuclear materials and energy
• 影响因子: 2.6
• 作者: D. Hwangbo;Shota Kawaguchi;S. Kajita;N. Ohno