Ion and neutron beam analyses of hydrogen isotopes

D-T実験で使用されたTFTRタイル中の水素同位体のビーム分析

久保田 直義; 落合 謙太郎; 沓掛 忠三; 近藤 恵太郎*; 洲 亘; 西 正孝; 西谷 健夫

Kubota, Naoyoshi; Ochiai, Kentaro; Kutsukake, Chuzo; Kondo, Keitaro*; Shu, Wataru; Nishi, Masataka; Nishitani, Takeo

水素同位体は、プラズマ対向機器の表面領域において、燃料粒子リサイクリングやプラズマ運転条件を考えるうえで重要な役割をはたす。この点に着目して、日本原子力研究所FNSでは、2002年から核融合炉関連機器のための元素分布分析を開始している。本研究では、表面領域での水素同位体挙動を明らかにするために、D-Tプラズマに曝されたTFTRタイル内のトリチウム深さ分布分析をFNSにて行った。イオンビームを用いた核反応分析の結果、4種類の元素すなわち重水素,トリチウム,リチウム6及びリチウム7が検出された。測定されたエネルギースペクトルから各元素の深さ分布を計算したところ、重水素とリチウムが表面から1mまで一様に分布しているのに対し、トリチウムは0.5mにピークを持つ分布であることがわかった。また、TFTRタイルの表面領域は深部に比べて1桁高い量のトリチウムを保持していることがわかった。

Hydrogen isotopes play important roles in the fuel recycling, the plasma condition etc. at the surface region of plasma facing components. The Fusion Neutronics Source (FNS) of Japan Atomic Energy Research Institute has started microanalysis studies for fusion components since 2002 by applying the beam analyses. In this study, we have measured tritium depth profiles of TFTR tiles exposed to the deuterium-tritium plasma to reveal the hydrogen isotope behavior at the surface region using some microscopic techniques for material analyses at FNS. As the result of the deuteron nuclear reaction analysis, four kinds of elements; deuterium, tritium, lithium-6 and lithium-7, were identified from the energy spectra. Using the spectra, depth profiles of each element were also calculated. The tritium profile had a peak at 0.5 micron, whereas the deuterium and lithium profiles were uniform from the surface to 1.0 micron depth. In addition, the surface region of the TFTR tile has retained the tritium more than one order of magnitude in the bulk.