イオン駆動透過法によるニッケル中のトリチウムと重水素の拡散及び表面再結合に関する同位体効果の測定と評価(協力研究)

中村 博文; 西 正孝; 杉崎 昌和*

JAERI-Research 2003-018, 32 Pages, 2003/09

JAERI-Research-2003-018.pdf:1.32MB

核融合炉の安全評価上必要な材料中のトリチウム輸送挙動の評価は、トリチウム輸送物性値、もしくは、軽水素,重水素輸送特性の同位体効果理論によるトリチウムへの外挿値により評価される。しかしながら、トリチウム輸送物性値の測定例は稀少であり、また、同位体効果理論の外挿性についてもトリチウムデータの稀少さゆえに完全に確証されておらず、材料中トリチウム挙動予測に不確実性が存在する。そこで本研究では、この材料中におけるトリチウムの輸送特性を評価するために、イオン駆動透過法を用いて、水素透過挙動がよく知られたニッケルに対するトリチウムの拡散係数及び表面再結合係数を測定し、全く同じ条件で実施した重水素の結果との比較により拡散と表面再結合のトリチウム-重水素間の同位体効果を評価した。その結果、拡散係数の同位体間効果に関しては、古典拡散理論から予測される同位体効果を示さず、トリチウムが重水素よりも大きな拡散係数を持つこと及び拡散の活性化エネルギーがトリチウムの方が小さいという傾向を得た。これらの結果は、振動温度を従来報告値より若干高く仮定することにより、既存の修正拡散モデルで説明可能であることを明らかにした。さらに、表面再結合に関する同位体効果に関しても、修正溶解モデルにより同様に説明可能なことを示した。

Review of soft X-ray laser researches and developments

大道 博行

Reports on Progress in Physics, 65(10), p.1513 - 1576, 2002/10

https://doi.org/10.1088/0034-4885/65/10/204

X線レーザー開発は1960年代の再結合型の提唱に始まる。本論文では、初期の提案,70年代の分光学的研究,80年代の疑う余地のないX線レーザーの実現,その後の短波長レーザー,放電型レーザー,長波長レーザーの発振について詳細にレビューしている。方式は電子衝突励起型,再結合励起型を中心に紹介している。次に極短波長域X線レーザー(h,1keV)の開発につながる光励起方式,内殻電離方式等、これまで成功は収めてないものの、超短パルス高出力レーザー励起方式により新しい展開の望める方式を紹介している。最後に主として電子衝突励起方式X線レーザーを用いたX線レーザー干渉計,ラジオグラフィー,モアレディフレクトメーター,顕微鏡等のX線レーザー応用研究の系統的レビューを行っている。最後のまとめで、今後の開発計画に対する見解を述べている。

Angle-differential cross sections for radiative recombination and the photoelectric effect in the and shells of one-electron systems calculated within an exact relativistic description

市原 晃; Eichler, J.*

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 79(2), p.187 - 222, 2001/11

https://doi.org/10.1006/adnd.2001.0868

原子核と電子との衝突において、光電効果の逆反応である輻射再結合が生じる。電荷が18,36,54,66,79,82,92の原子核のK,L,及びM殻中への輻射再結合に対する角度微分断面積を、電子の入射エネルギーが1.0keVから1.5eVの範囲で計算し、表にまとめた。計算方法は相対論的量子力学に基づくとともに光子の全ての多重極項を考慮している。角度分布の形状は核電荷の増加とともにゆっくりと変化する。このため、表の値を内挿することにより、他の核電荷に対する角度分布を見積もることができる。また論文中で、輻射再結合断面積を光電効果の断面積に変換するための簡単な変換式を与えた。

Tritium permeation behavior implanted into pure tungsten and its isotope effect

中村 博文; 林 巧; 角田 俊也*; 鈴木 卓美; 西 正孝

Journal of Nuclear Materials, 297(3), p.285 - 291, 2001/09

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(01)00635-3

核融合炉の安全を考えるうえで重要なトリチウムの金属透過挙動研究の一環として、ニッケル中のトリチウム及び重水素のイオン注入透過挙動を測定し、その同位体効果を検証した。同位体効果の検証に先立ち、重水素及びトリチウムの透過の律速過程を同定し、各々、550K以下の低温領域では入射側再結合律速-透過側拡散律速であり、550K以上の高温領域では入射側、透過側共に表面再結合律速であることを明らかとした。低温側の透過の過渡解析により、ニッケル中の重水素、トリチウムの拡散係数を求め、重水素との文献値との良い一致を得た。一方、拡散の同位体効果に関しては、拡散の活性化エネルギーに同位体依存性があることを見いだした。表面再結合係数に関しても重水素、トリチウムそれぞれに対して導出し、これも文献値との一致を見ると共に、重水素-トリチウム間の同位体効果の存在を明らかにした。得られた結果より、ニッケル中の重水素、トリチウムのイオン注入透過で観察された同位体効果に関しては、拡散係数よりも、表面再結合係数の寄与が大きいことが判明した。

Multichordal charge exchange recombination spectroscopy on the JT-60U tokamak

小出 芳彦; 逆井 章; 坂本 宜照; 久保 博孝; 杉江 達夫

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.119 - 127, 2001/01

https://doi.org/10.1063/1.1332115

JT-60U用荷電交換分光装置を開発した。本装置は、加熱用中性粒子ビームと完全電離炭素イオンとが荷電交換反応を行う際の発光スペクトルを分光測定し、そのドップラー拡がり、ドップラーシフト、発光強度からそれぞれ、イオン温度、プラズマ回転速度、炭素密度の情報を得るものである。本装置は以下の特徴を有する。(1)対物光学系等、JT-60U装置と直接接触する部品は、真空容器のベーキング温度である300度の耐熱性を持つと同時にディスラプションに伴う振動に耐える機械的強度を持つ(60gの加速度に耐えることを衝撃試験により確認)。(2)空間、時間に関して、十分な分解能(5cm,16.7ms)と測定点数(59空間点,900時刻点)を持つ。(3)ビームを見ない光学系の併用によりデータ処理を簡略化し、導出した物理情報が実験の方針決定に反映できる程度の高速処理を実現した。本論文では、装置の構成、較正方法、得られた空間分布データを示す。

Collisional effects on population inversion in optical-field-ionized plasmas

匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 68(4), p.1221 - 1227, 1999/04

https://doi.org/10.1143/JPSJ.68.1221

高強度極短パルスレーザーを用いた光電界電離(OFI)による再結合型X線レーザーの場合、生成される電子のエネルギー分布は非マクスウェル分布となる。そのため、加熱機構を含む分布関数の時間変化を計算し、X線レーザーの反転分布生成に与える影響を定量的に評価する必要がある。本研究では、水素様ヘリウムに注目し利得の計算を行った。電子の分布関数については、電子-電子衝突による緩和過程を取り入れフォッカー・プランク方程式により計算した。この結果、緩和過程の影響が大きく、非マクスウェル性が抑制されてしまうことがわかった。しかしながら、入力レーザーのパルス幅を短くしていくことで(~10fs)最大12cmの利得を得られることが示され、X線レーザーの発振の可能性が期待される。

Spectroscopic study of the W-shaped divertor in JT-60U

久保 博孝; 東島 智; 竹永 秀信; 清水 勝宏; 熊谷 晃*; 石島 達夫*; 鈴木 慎悟*; 伊丹 潔; 杉江 達夫; 逆井 章; et al.

Proc. of 1998 ICPP & 25th EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics, 22C, p.427 - 430, 1998/00

近年、非接触ダイバータ・プラズマでは重水素イオンの体積再結合が重要な過程であると言われているが、再結合によるイオンのシンクを定量的に評価した研究はほとんどない。JT-60Uの部分非接触ダイバータ・プラズマにおいて、重水素のバルマー系列のスペクトル線強度を測定し、衝突・放射モデルを用いて解析することにより、再結合によるイオン・シンクが電離によるイオン・ソースの1-3%程度しかないことを明らかにした。また、JT-60Uのダイバータ・プラズマでは1-2eV程度の運動エネルギーを有するヘリウム原子が観測されているが、この原子は主プラズマのヘリウム混合率及びヘリウム排気効率に大きな影響を与えると考えられるので、その生成過程に関して弾性散乱を考慮した中性粒子輸送コードを用いて調べた。その他、炭素不純物の輸送に対するダイバータ・ドームの効果について報告する。

Photon angular distributions from radiative electron capture in relativistic atomic collisions

J.Eichler*; 市原 晃; 白井 稔三

Physical Review A, 51(4), p.3027 - 3035, 1995/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.51.3027

重イオン原子核と軽元素原子との衝突で生じる輻射電子捕獲について、放出光子の角度分布を計算し、重イオンの電荷および入射エネルギーに対する依存性を調べた。輻射電子捕獲の断面積はradiative recombinationの断面積により定量的に再現されるため、radiative recombinationに関する厳密計算を行い、放出光子の角度分布を求めた。また、電子スピンの与える影響について考察を行った。

Ion-driven permeation of deuterium in metals

W.Shu*; 奥野 健二; 林 安徳*

JAERI-M 93-043, 62 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-043.pdf:1.37MB

定常状態でのイオン注入による透過過程の律速についての一般的なモデルを提出した。このモデルでは、入射飛程を考慮し、はっきりした物理的な意味のあるパラメータを導入して、定常状態でのイオン注入による透過過程の律速を識別しようとした。このモデルにより、透過過程の律速は、入射フラックス、試料の厚み、入射飛程、入射側と裏側との拡散係数と再結合係数に依存する。イオン注入法により、純鉄とFe-Ti合金および純モリブデルにおける重水素の透過挙動を調べた。透過スパイクと透過過程の律速および透過量に及ぼす入射エネルギーの影響を議論した。

Ion-driven permeation and surface recombination coefficient of deuterium for copper

長崎 正雅; 山田 礼司; 大野 英雄

J. Vac. Sci. Technol., A, 10(1), p.170 - 179, 1992/01

金属銅薄板に重水素イオンを注入し、その透過速度及び表面再結合定数を測定した。透過速度のパラメータ依存性(温度、注入フラックス等)は、高温側と低温側とで異なり、温度に伴い律速過程が変化することが明らかとなった。入射側表面での再結合が律速である領域の透過速度から、金属表面での重水素の再結合係数を求めた。銅の場合には、ニッケル及び鉄の場合と異なり、水素の表面吸着に対するエネルギー障壁をもっているモデルにより、実験値を定量的に説明できた。