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論文

Dynamics of deuterium implanted in boron coating film for wall conditioning

中畑 俊彦*; 吉河 朗*; 小柳津 誠*; 大矢 恭久*; 石本 祐樹*; 木津 要; 柳生 純一; 芦川 直子*; 西村 清彦*; 宮 直之; et al.

Journal of Nuclear Materials, 367-370(2), p.1170 - 1174, 2007/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.85(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uにて行われているボロニゼーションを模擬し、静岡大学のP-CVDにて膜調整を行った高純度ボロン膜に対して飽和量の重水素を照射した後、加熱とSIMS測定を繰り返し行い、膜中に捕捉された水素同位体放出過程に関する以下の知見を得た。重水素脱離を支配する要素は試料温度である。第1期、すなわち573K以下では、B-D-B結合からの重水素の脱離が支配的であり、その温度領域においては、拡散が律速過程であった。573Kを上回ると、重水素はBD結合からおもに脱離し、その温度領域においては、再結合が律速過程であった。BD結合として捕捉された重水素の実効的な再結合定数は等温加熱実験によって算出した。

論文

Comparison of boronized wall in LHD and JT-60U

芦川 直子*; 木津 要; 柳生 純一; 中畑 俊彦*; 信太 祐二; 西村 清彦*; 吉河 朗*; 石本 祐樹*; 大矢 恭久*; 奥野 健二*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 363-365, p.1352 - 1357, 2007/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.83(Materials Science, Multidisciplinary)

LHD真空容器内で主放電6081ショット,ボロニゼイション3回に曝された。ステンレス(SS316)サンプル、及び同様にJT-60U真空容器ポート内で主放電1896ショット,ボロニゼイション2回に曝された。SS316サンプル表面の元素分布状態をX線光電子分光装置(XPS)を用いて分析し、LHDとJT-60Uの結果を比較した。(1)LHDでは最表面において炭素が20%,酸素が45%であり、それ以降基板界面に至るまで80%のボロン膜が保持されている。JT-60Uでは最表面において炭素が60%であり、その後55%程度のボロン膜が保持されている。このようにLHDと比較するとJT-60Uでは壁材による堆積層が顕著である。(2)JT-60Uでのボロン膜上の堆積層はトーラス方向に非均一であり、C1s及びO1sのXPSスペクトルピークシフトの結果においても場所により異なる傾向を示す。これはトーラス方向の酸素捕捉能力が非均一であることを示唆している。(3)ボロン膜厚は、LHDではグロー電極の位置に依存するが、JT-60Uではそのような傾向は見受けられなかった。理由の一つとして炭素による堆積層がトーラス方向に非均一であることが考えられる。(4)ボロン膜の厚みは実験サイクル中十分に保持されているため、ボロン化壁による酸素軽減効果はおもにボロン膜の最表面の特性に起因すると考えられる。

論文

The Effect of argon and helium glow discharge cleaning on boronized surface in LHD

木津 要; 柳生 純一; 石本 祐樹*; 仲野 友英; 都筑 和泰*; 宮 直之; 芦川 直子*; 西村 清彦*; 相良 明男*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2005 - March 2006, P. 65, 2006/11

核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)では、近年、金属壁へのヘリウム(He)蓄積を避けるために、Heグロー放電(He-GDC)ばかりでなく、Neグロー放電(Ne-GDC)も積極的に行っている。そこで、ヘリウムより大きな原子番号を持つ希ガスを用いたグロー放電のボロナイゼーション壁に対する影響を調査した。静岡大学でボロナイゼーションした試料(Si, F82H)をLHDのHe-及びAr-GDCに6時間,12時間(Arは6.5及び13時間)さらす前後でSIMS深さ分析を行ったところ、Heグローでは最大24nm程度しかボロン膜は損耗しなかったが、Arグローの場合は、6.5時間では平均150nm、13時間では平均190nmの膜厚の減少が観測された。LHDのグロー放電の条件では、ArとHeによる物理スパッタは同程度であるが、今回両者で大きな差異が出たことは、ArとHeグロー放電では電流密度の分布が異なり、局所的に大きなスパッタリングが起こっていることを示している。

論文

Comparison of confinement degradation in high density and particle transport between tokamak and helical

竹永 秀信; 大山 直幸; 藤田 隆明; 山田 弘司*; 西村 清彦*; 田中 謙治*; 坂本 隆一*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 12, 2003/10

JT-60UとLHDにおいて、高密度領域での閉じ込め劣化及び粒子輸送について比較した。高密度領域での閉じ込め劣化に関しては、回転変換から求められる等価的なヘリカル系でのグリーンワルド密度とISS95スケーリングからの改善度との関係を磁気軸3.6mのLHDプラズマにおいて調べた。LHDでは最外殻磁気面近傍で回転変換が急激に増加するため、LHDでの密度限界スケーリング近傍のデータでもグリーンワルド密度比(f$$_{GW}$$)は0.6程度にとどまっている。閉じ込め改善度は、f$$_{GW}$$$$>$$0.1ではf$$_{GW}$$が大きくなるにつれて低下する傾向にある。JT-60UのELMy Hモードプラズマでは、f$$_{GW}$$$$>$$0.3-0.4でLモードからの閉じ込め改善度の低下が同様に観測される。粒子輸送に関しては、磁気軸3.9mのLHDプラズマにNBとEC加熱を行った場合とJT-60UプラズマにEC加熱のみを行った場合の比較を行った。LHDではホローな密度分布が観測されており、外向きの対流速度があるものと思われる。ガスパフモジュレーション実験から粒子輸送係数の導出を試みたが、変調成分の振幅と位相の両方の分布を満足する拡散係数と対流速度は得られなかった。一方、JT-60Uではピークした密度分布が観測されており、中心部に粒子源がないために内向き対流速度が存在していると考えられる。

論文

Joint test of a digital integrator for long pulse experiments in LHD

川俣 陽一; 米川 出; 栗原 研一; 榊原 悟*; 西村 清彦*

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2002 - March 2003, 59 Pages, 2003/00

原研では、将来の定常核融合炉を目指して高精度長時間デジタル積分器を開発し、現在JT-60電磁気計測において実用化している。この積分器は開発当初よりITERなどでの1000秒程度までの長時間放電にも対応することを想定して設計したものであるが、実際の長時間放電時に連続した磁場計測を行ったことがない状況であった。このような経緯もあり、平成15年2月、核融合科学研究所との共同研究において長時間放電の大型ヘリカル装置LHDにてこの積分器を用いた試験を共同で実施することとなった。その結果、60秒間の放電中約30kAのブートストラップ電流と考えられるトロイダル電流波形を計測することにLHDとして初めて成功した。さらに、合計300秒間の積分動作後のドリフト量は0.158mV/sと極めて小さいことも確認した。本発表は、この計測結果のサマリーである。

口頭

JT-60UとLHDの真空容器内ボロン分布

柳生 純一; 木津 要; 芦川 直子*; 石本 祐樹; 西村 清彦*; 宮 直之; 相良 明男*

no journal, , 

原子力機構と核融合科学研究所では、次期核融合試験装置の壁材料・壁温度において有効な表面処理システム設計の基礎データを取得することを目的として共同研究を行っている。その一環として、既存装置のJT-60UとLHDを使って、(1)グロー電極とボロン注入ポートの真空容器内配置が、ボロン膜厚トーラス・ポロイダル分布にもたらす影響,(2)成膜状況と不純物蓄積の関係、について比較・検討した。その結果、(1)においては、ボロン膜のポロイダル分布はグロー電極とボロン注入ポートの位置に影響を受けるが、少ない注入ポートでもグロー電極を駆動させることで均一化が図れる可能性があることを示した。また、(2)については、JT-60UとLHDの成膜の比較から、JT-60Uで作製したボロン膜の酸素ゲッターには未だ余録が有り、従来よりも高い不純物レベルでボロナイゼーションが行えることを示した。

口頭

JT-60Uボロン膜中に捕捉された重水素の放出挙動の解明

中畑 俊彦*; 吉河 朗*; 小柳津 誠*; 大矢 恭久*; 木津 要; 石本 祐樹*; 柳生 純一; 芦川 直子*; 西村 清彦*; 宮 直之; et al.

no journal, , 

JT-60Uにてボロニゼーションを行い、D-D放電に曝した試料中に捕捉された重水素の深さ分布を二次イオン質量分析法(SIMS)を用いて測定した。その結果から以下のことが明らかとなった。(1)JT-60U真空容器P-10水平ポート内部に長期設置し、ボロニゼーションを行ったボロン膜の膜厚は35nmであり、重水素は表面下約20nmの位置にピーク濃度を持って存在していた。(2)静岡大学にて調製を行った高純度ボロン膜と比較して、炭素シグナルの明らかな上昇が得られたことから、今回のSIMS測定結果はJT-60U内のボロニゼーションにより、炉内の多くの不純物がボロン膜内に混入していることを示したものと考えられる。(3)加熱実験の結果より、673K以上の温度範囲において、重水素プロファイルの形状は大きく変化しないことから、脱捕捉した重水素が比較的速い速度で拡散,放出されること,JT-60Uボロン膜中に捕捉された重水素の放出は重水素脱捕捉過程を律速段階として進んでいることが示唆された。

口頭

ボロン化膜に及ぼすLHDグロー放電洗浄の影響

柳生 純一; 木津 要; 石本 祐樹*; 芦川 直子*; 西村 清彦*; 吉河 朗*; 宮 直之; 奥野 健二*; 相良 明男*; 大矢 恭久*

no journal, , 

本研究は、次期核融合試験装置の壁材料・壁温度において有効な表面処理法の基礎データを取得することを目的としている。その一環として、ボロナイゼーションを行った実機の第一壁に対するグロー放電洗浄の影響を評価するため、グロー放電洗浄前後におけるボロン化膜の膜厚変化と軽水素蓄積の変化を調査した。静岡大学のボロン化装置を用いて作製したボロン化膜試料をLHDに取付け、その後、He-GDCに6時間と12時間晒した試料をSIMSで分析したところ、12時間照射した場合にのみボロン化膜は24nm損耗することを確認した。これに対し、Ar-GDCに6.5時間と13時間晒したボロン化膜試料は、6.5時間の照射で平均150nm,13時間では平均190nmのボロン化膜が損耗した。Ar-GDCを13時間行うことでLHDのボロナイゼーションで生成する膜厚とほぼ同程度の厚さが損耗してしまうことは、装置の運用上極めて重要な知見である。また、軽水素の蓄積変化については、ガス種に関係なく、GDCに晒すことによってすべてのボロン化膜試料で最表面のみ水素が増加し、膜中においては顕著な変化が見られなかった。なお、最表面の水素挙動は、GDCによって周囲の壁材料から叩き出された軽水素が不純物である鉄と結合して再堆積したものと考えられる。

口頭

LHDとJT-60Uにおけるボロン化壁の比較と運用方法の最適化

芦川 直子*; 西村 清彦*; 増崎 貴*; 相良 明男*; 大藪 修義*; 木津 要; 柳生 純一; 信太 祐二; 石本 祐樹*; 宮 直之; et al.

no journal, , 

LHD及びJT-60U真空容器内部に設置した照射サンプルをX線光電子分光装置(XPS)を用いて分析比較した。測定には、LHDで主放電6081ショット,ボロニゼイション3回に曝されたステンレス(SS316)サンプルを、また同様にJT-60Uポート内で主放電1896ショット,ボロニゼイション2回に曝された SS316サンプルを使用した。(1)LHDでは最表面において炭素が20%,酸素が45%であり、それ以降基板界面に至るまで80%のボロン膜が保持されている。JT-60Uでは最表面において炭素が60%であり、その後55%程度のボロン膜が保持されている。このようにLHDと比較すると、JT-60Uでは壁材による堆積層が顕著である。(2)JT-60Uでのボロン膜上の堆積層はトーラス方向に非均一であり、C1s及びO1sのXPSスペクトルピークシフトの結果においても場所により異なる傾向を示す。これはトーラス方向の酸素捕捉能力が非均一であることを示唆している。(3)ボロン膜厚は、LHDではグロー電極の位置に依存するが、JT-60Uではそのような傾向は見受けられなかった。理由の一つとして炭素堆積層がトーラス方向に非均一であることが支配的となっていると考えられる。(4)ボロン膜の厚みは実験サイクル中十分に保持されているため、ボロン化壁による酸素軽減効果はおもにボロン膜の最表面の特性に起因すると考えられる。

口頭

高純度ボロン薄膜中に捕捉された重水素の脱離過程の速度論的解明

中畑 俊彦*; 大矢 恭久*; 吉河 朗*; 須田 泰市*; 小柳津 誠*; 芦川 直子*; 西村 清彦*; 柳生 純一; 木津 要; 信太 祐二; et al.

no journal, , 

JT-60Uにて行われているボロニゼーションを模擬し、静岡大学のP-CVDにて膜調製を行った高純度ボロン膜に対して飽和量の重水素を照射した後、加熱とSIMS測定を繰り返し行い、膜中に捕捉された水素同位体放出過程に関する以下の知見を得た。673K, 773K, 873Kでの等温加熱実験の結果、膜中に捕捉された重水素は表面に偏在しており、表面での再結合反応を律速段階として放出していることがわかった。各加熱温度での等温加熱実験の結果と質量平衡方程式による解析により、各温度での実効的な再結合定数をそれぞれ算出し、実効的な活性化エネルギーを1.8$$pm$$0.02eVと決定した。この値は、Gaussian 03を用いた計算結果とH-H結合の生成エネルギーの関係から算出された値よりもわずかに大きい。この違いは膜内における拡散の影響と考えられる。一方、算出された活性化エネルギーをもとに数値解析した昇温脱離スペクトルのピーク位置が実験結果と一致することから、質量平衡方程式から算出された活性化エネルギーを用いて、実機における水素同位体の放出過程を模擬できることが期待される。

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