ヘリウムプラズマ照射によるバンドル状金属ナノ構造の形成機構と核融合炉への影響

ヘリウムプラズマと金属の相互作用により形成する金属繊維構造Nano-tendril Bundles (NTB)にはアークの誘発効果が確認される。2021年度は主にNTBの耐熱性や電界電子放出特性の調査を行った。真空加熱炉を用いて、タングステン表面に形成したNTB構造を赤外線によって加熱し、アニーリング（焼きなまし）によるNTBの形態変化を測定した。調査の結果、NTBは1573Kのアニーリングにおいて、著しい構造変化が確認された。NTBの先端は丸くなり、繊維が太くなると同時に、アニーリング処理後の試料からの電界電子放出電流は大幅に低減した。またアニーリング処理前のNTB試料表面では、ヘリウムプラズマ照射時に一時間あたり十数回のアークが発生したのに対して、アニーリング処理後のNTB試料表面ではアークは発生しなかった。この結果から、NTB形成によるアークを抑制するためには、アニーリング手法は有効であることが明らかとなった。NTBの電界電子放出特性の構造依存性を精査するために、NTBの形成に関わる条件である不純物ガスの種類、割合、入射イオンエネルギーを変えることで、異なる構造を有するNTBをタングステンの表面に形成した。電界電子放出特性の測定において、NTBの先端が丸くなると、電界電子放出が弱くなる傾向が確認された。また、添加された窒素不純物の割合が増えることで、NTBの先端が丸くなる傾向が確認された。これらの結果から、NTBの電界電子放出特性が先端構造に大きく依存し、添加された不純物ガスを調整することで、形成されるNTBの先端構造を制御できる可能性がある。

ヘリウムプラズマと金属の相互作用により形成する金属繊維構造Nano-tendril Bundles (NTB)にはアークの誘発効果が確認される。2021年度は主にNTBの耐熱性や電界電子放出特性の調査を行った。真空加熱炉を用いて、タングステン表面に形成したNTB構造を赤外線によって加熱し、アニーリング（焼きなまし）によるNTBの形態変化を測定した。調査の結果、NTBは1573Kのアニーリングにおいて、著しい構造変化が確認された。NTBの先端は丸くなり、繊維が太くなると同時に、アニーリング処理後の試料からの電界電子放出電流は大幅に低減した。またアニーリング処理前のNTB試料表面では、ヘリウムプラズマ照射時に一時間あたり十数回のアークが発生したのに対して、アニーリング処理後のNTB試料表面ではアークは発生しなかった。この結果から、NTB形成によるアークを抑制するためには、アニーリング手法は有効であることが明らかとなった。NTBの電界電子放出特性の構造依存性を精査するために、NTBの形成に関わる条件である不純物ガスの種類、割合、入射イオンエネルギーを変えることで、異なる構造を有するNTBをタングステンの表面に形成した。電界電子放出特性の測定において、NTBの先端が丸くなると、電界電子放出が弱くなる傾向が確認された。また、添加された窒素不純物の割合が増えることで、NTBの先端が丸くなる傾向が確認された。これらの結果から、NTBの電界電子放出特性が先端構造に大きく依存し、添加された不純物ガスを調整することで、形成されるNTBの先端構造を制御できる可能性がある。