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Blister bursting and deuterium bursting release from tungsten exposed to high fluences of high flux and low energy deuterium plasma

高フラックス・低エネルギー・高フルエンスの重水素プラズマ照射によるタングステンのブリスタ爆裂と重水素爆発的な放出

洲 亘; 若井 栄一  ; 山西 敏彦

Shu, Wataru; Wakai, Eiichi; Yamanishi, Toshihiko

低エネルギー・高フラックス重水素照射によるタングステンでのブリスタリング挙動と滞留挙動の解明が、ITER炉心プラズマへの不純物制御やトリチウム滞留量の制御にとって重要である。本研究では、低エネルギー(38eV)・高フラックス(10$$^{22}$$D$$^{+}$$/m$$^{-2}$$/$$^{-1}$$s)・高フルエンス(10$$^{27}$$D/m$$^{-2}$$まで)の重水素プラズマ照射によるタングステンのブリスタリングと重水素滞留挙動を走査型電子顕微鏡,昇温脱離法及び原子間力顕微鏡にて調べた。高フルエンス照射後又は昇温脱離後のタングステン試料に、一部のブリスタが爆裂した痕跡(テール,小さい穴,蓋の消滅)を発見した。また、高フルエンス照射後昇温(0.5K/s$$^{-1}$$)脱離実験において、700K以下の温度範囲で重水素の爆発的放出を伴うことを初めて確認した。ブリスタがステップ的に成長することを仮定して「ステップ・カスケートモデル」という新しいモデルを考案し、ブリスタ爆裂と重水素の爆発的な放出という実験現象を解釈した。さらに、重水素滞留とブリスタリングの源及び今後の高Z材料の研究展開について議論した。

Deuterium retention and blistering in the near-surface region of tungsten exposed to high fluences (up to 10$$^{27} $$D/m$$^{-2}$$) of high flux (10$$^{22}$$ D$$^{+}$$/m$$^{-2}$$/s$$^{-1}$$) and low energy (38 eV) deuterium plasma were studied with scanning electron microscopy (SEM), thermal desorption spectroscopy (TDS) and atomic force microscopy (AFM). Peculiar phenomenon of blister bursting with a tail, or a small hole or a vanished cap was found on some grains after plasma exposure or TDS experiment. In addition, bursting release of deuterium with sudden peaks was also found in the TDS spectra below 700 K at the heating rate of 0.5 K/$$^{-1}$$s. A new model called "step-cascade model" was proposed to explain the phenomena of blister bursting with a tail, a small hole and a vanished cap, respectively. Finally, the origin of deuterium retention and blistering as well as the future work on high-Z materials were discussed.

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パーセンタイル:98.65

分野:Physics, Fluids & Plasmas

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