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報告書

Japanese Contributions to IAEA INTOR Workshop,PhaseIIA,Part 2 Chapter III:Impurity Control(Physics)

藤沢 登; 杉原 正芳; 斉藤 誠次*; 一木 繁久*; 飯田 浩正; 川村 孝弌*; 前野 勝樹; 村上 義夫; 中井 洋太; 嶋田 道也; et al.

JAERI-M 85-074, 92 Pages, 1985/07

JAERI-M-85-074.pdf:2.92MB

この報告書はIAEA主催のINTORワークショップ、フェーズIIA、パート2の日本のナショナルレポートの第III章(前半)に相当するものである。ダイバー夕、リミタ、進歩的な不純物制御、粒子供給、原子分子過程、壁表面との相互作用、真空容器の処理などに関するデータベースの評価を行なった。ダイバー夕、リミタのモデリングとその有効性について検討し、このモデルによりINTORの不純物制御性能について評価した。

論文

Chemical erosion yield of graphite simultaneously bombarded with energetic protons and thermal atomic hydrogens

山田 礼司; 曽根 和穂

Journal of Nuclear Materials, 120(1), p.119 - 121, 1984/02

 被引用回数:14 パーセンタイル:3.11(Materials Science, Multidisciplinary)

陽子と原子状水素の同時照射による黒鉛材料の化学スパッタリング(メタン生成)収率の測定を行なった。このときの陽子のエネルギーは1KeV、原子状水素のエネルギーは熱エネルギーである。同時照射では0.03CH$$_{4}$$/H$$^{0}$$以上の収率を示し、陽子照射によってメタン生成が加速されることを示している。このメカニズムとして、陽子が表面層に照射損傷を作り、これがメタン生成の活性化を促すためと考えられる。

論文

The Effect of wall materials on hydrogen recycling in JT-60

曽根 和穂; 村上 義夫

Journal of Nuclear Materials, 121, p.254 - 263, 1984/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:47.48(Materials Science, Multidisciplinary)

中性粒子入射によってプラズマを追加熱するとき、JT-60における壁での水素リサイクリングのモデル計算を行った。壁材料としてはMo,Inconel625及びTiCの3つについて解析した。このモデルでは炉心プラズマ密度の制御は壁をたたく荷電交換中性粒子の挙動のみによって行なわれるとしている。壁をたたくこの粒子束密度については1$$times$$10$$^{1}$$$$^{6}$$および3$$times$$10$$^{1}$$$$^{6}$$H/cm$$^{2}$$secの2種類の場合について行い、プラズマの粒子バランスから壁でのリサイクリング率が各々0.75および0.92以下であれば壁による制御が可能であることを推定した。さらにエネルギー分布についても低いもの(200eVマックスウェル)と高いもの(400eVマックスウェル)を仮定し、再放出率の評価を行った。この3種類の材料について、壁材として使用した時の最適温度範囲を5sec及び10sec間の放電に対して求めた。

論文

The Effect of chemical sputtering on hydrogen recycling at TiC wall surface

曽根 和穂

Journal of Nuclear Materials, 128-129, p.589 - 592, 1984/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

本論文では従来考慮されていなかったTiC壁の水素による化学スパッタリングが水素リサイクリング率にどのような効果をもたらすかを考察したものである。JT-60のパラメータを用いて中性子粒子入射加熱時の水素リサイクリング率を、TiC壁が化学スパッタリングによりC原子欠乏し、さらに残留気体で酸化物生成が起こるとして、それぞれの場合について計算した。TiCのままであれば、壁温300-370$$^{circ}$$Cの hot wall discharge が5sec放電の場合有効であるが、TiO$$_{2}$$では壁による水素の捕捉量がTiCの場合より大きくなり、毎放電後壁を加熱して捕捉した水素を追い出すことが必要となろう。

論文

化学スパッタリング

曽根 和穂; 山田 礼司

応用物理, 53(3), p.217 - 221, 1984/00

最近、核融合装置の第一壁は、JT-60の例からもわかるように、低Z材料(炭素材料、SiC、TiCなど)を使用することが普通になってきている。しかし低Z材料では、水素と化学反応して損耗していく化学スパッタリングが無視できない場合が多い。ここではこれらの材料における化学スパッタリング研究の最近の動きについて、著者らの経験をまじえながら解説した。タングステンをダイバータ板として使用する場合の酸素との反応についても若干ふれた。

論文

Low energy selfsputtering yields of molybdenum and tungsten

西堂 雅博; 曽根 和穂

Japanese Journal of Applied Physics, 22(9), p.1361 - 1365, 1983/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:35.43(Physics, Applied)

低エネルギー領域(0.1keV~10keV)における、モリブデンおよびタングステンの自己スパッタリング率を、重量法により測定した。得られた結果は、2つのスパッタリング率を予想するために提案されている経験式との比較を行ない、そのエネルギー依存性は、比較的良く、傾向を示していること、実験値は、予想値よりファクター2ないし3程度小さいことなどが判明した。また、第一壁の損耗に与える自己スパッタリングの影響についても、論じた。

論文

On the influence of incident energy of proton on chemical erosion of graphite

山田 礼司; 曽根 和穂

Journal of Nuclear Materials, 116, p.200 - 205, 1983/00

 被引用回数:32 パーセンタイル:6.69(Materials Science, Multidisciplinary)

先の我々の実験により、黒鉛の化学スパッタリング収率は1keV水素イオンに対して最大値を取り、原子状水素は水素イオンの化学スパッタリング収率を位減化しない、ということが明らかにされた。本論文では、上記の実験事実を説明するモデルを提案した。そのモデルでは、入射イオンエネルギーが与える材料の照射損傷と、入射イオンの反射が考慮されており、水素イオン電流密度に依らずに、収率が1keV付近で最大となることが説明できる。一方、原子状水素による黒鉛の損耗率が評価され、エネルギー水素イオンの同時照射の場合、その値は0.03以上と見積ることが出来る。その結果、水素イオンによる表面損傷が原子状水素の損耗率を大きくしていることを示している。 ここで得られた2つの結果は、入射エネルギーイオンによる表面損傷が黒鉛での水素によるメタン生成に大きな影響を与えていることを示している。

報告書

Japanese Contributions to IAEA INTOR Workshop,Phase 2A; Chapte VII:Impurity Control and First Wall-Engineering

平岡 徹; 藤沢 登; 西尾 敏; 中村 博雄; 曽根 和穂; 前野 勝樹; 山本 新; 大塚 英男; 阿部 哲也; 深井 佑造*; et al.

JAERI-M 82-174, 309 Pages, 1982/11

JAERI-M-82-174.pdf:5.54MB

IAEA、INTORワークショップ、フェーズ2Aにおける日本の検討成果をまとめた報告書の一部をなすものである。不純物制御の方式として、本フェーズにおいては、ポンプリミターを中心に検討を行った。ポンプリミターとしては、ダブルエッジ型、曲面板方式を採用した。表面材料および基盤材料について検討評価を行った。材料選定に際しては、スパッタリング、プラズマディスラプション時における挙動、熱特性、電磁気特性、基盤への接続方式などを総合的に評価した。また、新しく開発されたSiCの第1壁への応用も検討した。

報告書

Surface Materials Considerations for Fusion Reactors

曽根 和穂; 前野 勝樹; 大塚 英男; 山本 新; 阿部 哲也

JAERI-M 82-156, 17 Pages, 1982/11

JAERI-M-82-156.pdf:0.67MB

本報告書は核融合実験炉(INTOR)の第一壁候補材料であるBe,C,SiC,TiCを中心にそのデータベースおよび問題点を検討したものである。本文は物理スパッタリング、化学スパッタリング、アーキング、水素およびヘリウムの吸蔵および放出、再付着物質特性についての検討を含んでいる。これらの考察は実験炉の不純物制御および第一壁工学にとって欠かせないものである。

論文

Continuous observation of surface erosion of polycrystalline molybdenum implanted with helium ions with different energies

西堂 雅博; 曽根 和穂; 山田 礼司; 中村 和幸

Journal of Nuclear Materials, 96(3), p.358 - 368, 1981/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:32.26

イオン照射下において、表面の連続観察をおこなえる電子顕微鏡を用いて、種々の照射条件でヘリウムイオン衝撃されたモリブデンの表面侵食の形態を観察した。 表面侵食の形態は、照射条件、試料の熱処理温度に強く依存する。特に、モリブデンが再結晶化を開始する温度まで加熱すると、ヘリウム照射によって剥離が顕著になる。一方、表面から比較的一様に分布するようにヘリウムが打ち込まれた場合には、剥離は発生せず、ブリスターが生成される。表面侵食において重要な臨界照射量が精度良く求まり、表面侵食の発生するヘリウム濃度は、従来予想されていた値より低くなることを示した。

論文

Dose and energy dependence of ion-induced release of deuterium from molybdenum by low energy hydrogen ions

山田 禮司; 中村 和幸; 曽根 和穂; 西堂 雅博

Journal of Nuclear Materials, 101(1), p.100 - 108, 1981/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.98(Materials Science, Multidisciplinary)

あらかじめ重水素イオンを照射したモリブデン材料に軽水素イオンを衝撃することにより、イオン衝撃脱離量と脱離のしやすさを表わす脱離断面積を測定した。これらのデータはプラズマの密度制御及びトリチウムの第一壁における保持量を考える上で重要である。測定した結果によれば、脱離の断面積はあらかじめ照射する重水素イオンの照射量に強く依存し、照射損傷が大きくなる程重水素は出づらくなり壁にたまる量が大きくなる。脱離量の時間変化を測定したデータは、2つの異なる種類の捕捉点があることを示しており、照射量及び入射エネルギーが大きくなるに従い、重水素が出づらい捕捉位置の数が増加することがわかった。その結果として、重水素が壁より脱離しにくくなる。

論文

Sputtering of silicon carbide coatings by low-energy hydrogen ions

曽根 和穂; 西堂 雅博; 中村 和幸; 山田 礼司; 村上 義夫; 岡田 雅年*

Journal of Nuclear Materials, 98(3), p.270 - 278, 1981/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:19.49(Materials Science, Multidisciplinary)

反応性イオンプレーティング法によりモリブデン上にコーティングした種々の組成の炭化珪素皮膜ついて、1keV相当H$$^{+}$$による500$$^{circ}$$C前後におけるスパッタリング収率を測定した。主な結果は次の通り。(1)スパッタリング収率は化学理論比の組成において最も小さく、500$$^{circ}$$Cにおける値は1.15$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$atoms/ionである。(2)400~600$$^{circ}$$Cで殆んど温度依存性がない。(3)化学量論比よりずれると侵食速度は大きくなり、特にSi過剰のものは照射により剥離する。AES及びEPMAを用いて、照射による表面組成の変化についても調べた。

論文

Measurement of chemical sputtering yields of various types of carbon

山田 礼司; 中村 和幸; 曽根 和穂; 西堂 雅博

Journal of Nuclear Materials, 95(3), p.278 - 284, 1980/00

 被引用回数:72 パーセンタイル:1.65(Materials Science, Multidisciplinary)

熱分解黒鉛、等方性黒鉛、ガラス状黒鉛の化学スパッタリングを、温度範囲が室温から700$$^{circ}$$Cの間で、入射水素イオンエネルギー範囲が0.1から6keVの間で測定した。 化学スパッタリング収率は、入射エネルギーが1keV、試料温度が525$$^{circ}$$Cの時に最大値をとり、その値は0.07$$pm$$0.01atoms/ionであった。試料依存性に関しては、化学スパッタリング収率の試料依存性は小さかった。メタニ生成率の照射依存性は、照射前の試料中の水素濃度に強く依存するが、1$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$H$$^{+}$$/cm$$^{2}$$以上の水素イオン衝撃を行うとメタン生成率は定常値に達した。

論文

Dose and microstructural effects on surface topography change and sputtering yield in polycrystalline molybdenum bombardment with 2keV Ne$$^{+}$$ ions

山田 礼司; 西堂 雅博; 曽根 和穂; 大塚 英男

Journal of Nuclear Materials, 82(1), p.155 - 162, 1979/00

 被引用回数:7

2KeV Ne$$^{+}$$イオンを用いて、多結晶モリブデンのスパッタリング収率の測定及び表面形状変化を観察した。その際に用いたモリブデンは3種で、サンプル製作法による効果もあわせて調べた。それによれば、照射量が増加するに従いモリブデン試料表面には、局在化した円維状のコーンが発生した。それらの分布は、サンプル製作法に強く依存した。照射前の試料の化学エッチングにより見出されるエッチピットの分布の関連性から、コーン生成の機構について論じた。表面形状が著しくサンプル製作法に依存するにもかかわらず、巨視的なスパッタリング収率(重量法で求めた。)はサンプル作成法にはよらず、Ne$$^{+}$$2keVイオン重直入射の場合0.90$$pm$$0.10atoms/ionの値を得た。

論文

Surface microstructural effects on angular distribution of molybdenum particles sputtered with low energy Ne$$^{+}$$ ions

山田 礼司; 曽根 和穂; 西堂 雅博

Journal of Nuclear Materials, 84(1&2), p.101 - 108, 1979/00

 被引用回数:5

スパッターされたモリブデン原子の放出角度分布を測定した。表面微細構造が角度分布におよぼす影響を知る目的で、焼鈍した試料と非焼鈍試料を用いてNe$$^{+}$$イオン(0.6keV及び1.5keV)を照射した。焼鈍材の粒の大きさは~50$$mu$$mで、非焼鈍材のそれは~5$$mu$$mであった。またイオン入射角は、試料の法線方向から測定して0°及び45°である。45°入射の場合、入射エネルギーが低い程及び粒の大きさが小さい程放出角度は前方放出となった。1.5keVの垂直入射の場合、角度分布は余弦法則に従った。照射による表面の形状変化及び放出角度分布が、試料の粒の大きさにどのように依存するのかを、計算により評価し定性的に説明した。

報告書

ヘリウムイオン衝撃した多結晶モリブデン表面の同時連続観察

西堂 雅博; 曽根 和穂; 山田 礼司; 大塚 英男

JAERI-M 7997, 17 Pages, 1978/11

JAERI-M-7997.pdf:2.41MB

昭和53年5月に設置した同時観察装置(走査型電子顕微鏡を真空壁の表面現象研究用加速器のビームラインに接続した装置)を用いて、100keVヘリウムイオン衝撃した多結晶モリブデンの同時連続観察をおこなった。あらかじめヘリウムの打ち込まれた試料(照射率4.4$$times$$10$$^{1}$$$$^{7}$$He$$^{+}$$/cm$$^{2}$$)では、熱処理後の再照射によって表面侵食の形態が、表面の脹れ(Blistering)から大面積剥離(Exfoliation)へと顕著に移行することが判明した。剥離現象はブリスターが時々刻々成長するのとは対照的に、瞬時に起きることが同時連続観察の結果明らかになった。実験結果から、プラズマ不純物の原因となる大面積剥離出現の過程について考察した。

報告書

スパッタ表面同時観察装置の製作; イオン照射による材料表面形状変化の同時かつ連続観察装置

小原 建治郎; 阿部 哲也; 曽根 和穂

JAERI-M 7797, 28 Pages, 1978/08

JAERI-M-7797.pdf:2.47MB

今年(1978年)5月、当研究部に設置されたスパッタ表面同時観察装置の概要についてまとめたものである。この装置は、既設の加速器に接続することによりイオンを照射している状態で、その試料の表面形状変化を観察・記録出来るようにしたものである。装置の主な機構は走査電子顕微鏡(SEM)であり、イオン照射時の像観察には反射電子を利用した。そのため新らたに反射電子検出器を設計・製作するとともに、イオン照射量計測装置などの機構も付加した。装置据付後の試験結果(100KeV、He$$^{+}$$イオン$$rightarrow$$モリブデン)では、ほぼ静止画像に近い走査において約1000$AA$の分解能が得られた。これはイオン照射によるスパッタリングやブリスタリングがひき起す材料表面の形状変化を観察するのに充分な分解能である。

論文

Reduction of effective sputtering yield by honeycomb structures

阿部 哲也; 小原 建治郎; 中村 博雄; 曽根 和穂; 大塚 英男; 山田 禮司; 西堂 雅博; 清水 正亜

Journal of Nuclear Science and Technology, 15(7), p.471 - 475, 1978/07

 被引用回数:9

アルゴン直流グロー放電中で、モリブデン蜂の巣構造壁のスパッタリング収率を平板のそれと比較した。入射粒子の平均エネルギおよび入射角度がそれぞれ約1keVならびに、ほぼ垂直という実験条件の下で、蜂の巣構造壁のスパッタリング収率は平板のそれに比較して約1/20~1/30に減少した。走査型電子顕微鏡で、照射前後の蜂の巣構造壁の表面形状変化も合わせて観察した。

論文

Measurement of the sputtering yield by auger electron spectroscopy

大塚 英男; 山田 礼司; 曽根 和穂; 西堂 雅博; 阿部 哲也

Journal of Nuclear Materials, 76-77, p.188 - 189, 1978/00

 被引用回数:7

オージェ分光法によってスパッタ収率を求める時の問題点について調べた。従来のこの方法では、被測定物質の、基板上で層状に付着する事が肝要であると思われていた。しかしそれに制限されてしまうと、この方法の応用がきわめて限られる事になる。本実験では、層状付着が保証されない組合せでも、この測定法が有効である事が示された。これによって基板の選択が広まり、他の必須条件、たとえばオージェスペクトルの重なり、不純物付着の難易度などで有利なものを用いる事ができる。本実験は、水素によるモリブデンのスパッタ収率を求めながら進められたが、他の報告と最大、ファクター2の差をのこしながらもエネルギー依存性はよい一致を示す結果が得られた。これにより、この測定法の可能性が示された。

論文

Reduction of erosion by blistering in molybdenum surface with a multi-groove microstructure

曽根 和穂; 西堂 雅博; 山田 礼司; 大塚 英男

Journal of Nuclear Materials, 76-77, p.240 - 246, 1978/00

 被引用回数:14

多結晶モリブデン試料の表面を100-400keVのエネルギーのヘリウムイオンで1$$times$$10$$^{1}$$$$^{9}$$ions/cm$$^{2}$$まで衝撃し表面の浸食の様子を調べた。用いた試料は電解研磨した平滑な面を有するものと、微細加工技術で多条溝構造を有するものである。多条溝の幅は3~6$$mu$$m、深さは2~3$$mu$$m程度である。多条溝構造を有する表面では表面の浸食が十分に低減化できるのに対し、平滑面ではブリスタリングによる浸食が激しい。この低減化へのクライテリオンを実験で実証した。またヘリウムの再放出量を上記の各試料について測定し、表面浸食の抑制のメカニズムとの関係で論じた。また同時にスパッタリング収率の低減にも役立つことを実験で確かめた。

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