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論文

Development of neutron supermirror with large-scale ion-beam sputtering instrument

丸山 龍治; 山崎 大; 海老澤 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦

Physica B; Condensed Matter, 385-386(2), p.1256 - 1258, 2006/11

 被引用回数:25 パーセンタイル:72.23(Physics, Condensed Matter)

中性子スーパーミラーは、中性子ビームの輸送,収束に用いられる重要な中性子光学素子となっている。われわれはそのミラーを、密度が高く、結晶粒が小さい良質な膜が得られるイオンビームスパッタ装置を用いて開発してきた。また、多層膜の界面粗さを抑えるために、イオンポリッシュ法の研究も行ってきた。われわれは、実効臨界角の大きなスーパーミラーガイド及びベンダーの実現に向けて、新しく直径500mmの有効積層面積を持つイオンビームスパッタ装置を導入した。本発表では、その装置を用いて積層したスーパーミラーの性能及びスーパーミラーを用いた将来の中性子光学素子開発について議論する。

論文

Desorption of cluster ions from frozen gases following high-density electronic excitation

馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖

Surface Science, 593(1-3), p.324 - 330, 2005/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:31.29(Chemistry, Physical)

極低温(9K)で凝縮した固体窒素表面を、低エネルギーHeイオン照射により高密度励起したときのイオン脱離機構について検討した。3keV Heイオン照射では、n=30までのクラスターイオン(N$$_{n}$$$$^{+}$$)の脱離が観測された。脱離強度はn=4までが大きく、n$$geq$$5では急激に減少した。またn$$geq$$5のクラスターイオンでは、偶数個のクラスターが隣接する奇数個のクラスターより常に大きかった。これらのクラスターイオンの分布は、気相における窒素クラスターイオンの安定性と一致した。また、比較のため測定した固体酸素,固体メタン,固体アルゴンからのイオン脱離強度も、それぞれの気体の気相での安定性と類似の傾向を示した。クラスターイオン分布の照射エネルギー依存性と、イオン照射部の時間に依存した温度分布の計算結果から、クラスターイオンの脱離は、イオン照射部分の局所的,瞬間的加熱による気化現象で説明できることを明らかにした。

論文

A Multi-exciton model for the electronic sputtering of oxides

松波 紀明*; 福岡 修*; 志村 哲生*; 左高 正雄; 岡安 悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 230(1-4), p.507 - 511, 2005/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:60.27(Instruments & Instrumentation)

高エネルギー重イオン照射に伴い高密度電子励起による固体内原子変位の機構解明を目的として東海研タンデム加速器を用いて各種の高エネルギーイオンビームを用い自己保持カーボン補修によりスパッタリング収量を測定し、また、電流測定法によりイオン照射による放出電子と放出イオン収量の測定を行った。試料は電子構造の異なる種々の酸化物(酸化珪素,酸化マグネシウム,スピネル,ジルコニアなど)であり、照射イオン種(Ni, Ar, Xeなど)と照射エネルギー(60-200MeV)は電子的阻止能を連続的に変化させて照射するために選んだ。スパッタリング測定の結果、電子励起スパッタリングは弾性散乱に基づく計算値に対して最大1000倍大きい、スパッタリング収量は電子阻止能のべき乗に比例する、べき乗の指数とスパッタリング収量は物質依存性があり、収量に関しては酸化物のバンドギャップに関係していることなど電子励起スパッタリングの存在と特性がわかった。電流測定法によりスパッタリング粒子の約10%は正イオンであることがわかった。イオン放出量が少ないことから、電子励起モデルの一つであるクーロン爆発モデルは妥当でないことがわかった。そこでthermal spikeモデルの妥当性とともに、self-trapped excitonモデルの適応性について議論する。

論文

Emission rates of CH/CD and C$$_{2}$$ spectral bands for hydrocarbon-loss-events measured in JT-60U divertor plasmas

仲野 友英; 都筑 和泰; 東島 智; 久保 博孝; 朝倉 伸幸

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00

CH$$_4$$, CD$$_4$$及びC$$_2$$H$$_6$$が解離,電離及び輸送により損失するまでにCH及びC$$_2$$スペクトルバンド光を放出する確率をJT-60Uのダイバータプラズマを用いて計測した。取得されたデータは化学スパッタリングによって発生する炭化水素の発生量を分光計測により評価するために用いられる。1つのCH光子放出に対するCH$$_4$$の損失事象の回数は電子温度30eVから70eVの範囲でおよそ200であった。CD$$_4$$に対しても同様の計測を行ったところ、CH$$_4$$と有意な差は観測されなかった。また、CH光子及びC$$_2$$光子放出に対するC$$_2$$H$$_6$$の損失事象の回数はそれぞれ200-300及び600-1800であり、CHとC$$_2$$スペクトルバンド光の強度比は3-6であった。化学スパッタリングによって発生する炭化水素のうちC$$_2$$H$$_6$$のみによってC$$_2$$スペクトルバンドが放出されると仮定すると、求めたCHとC$$_2$$の強度比からC$$_2$$H$$_6$$に由来するCHスペクトルバンド光の強度を求められる。その強度は観測されたCHスペクトルバンド光強度を超える強度となった。この結果は、C$$_2$$H$$_6$$は化学スパッタリングによって発生する炭化水素のうち少数でありCHとC$$_2$$の強度比の小さな炭化水素(C$$_2$$H$$_4$$など)が多数を占めることを示唆する。

論文

Divertor spectroscopy with molecular transport

久保 博孝; 竹永 秀信; 仲野 友英; 東島 智; 清水 勝宏; 澤田 圭司*; 小林 進二*; JT-60チーム

Nuclear Fusion Research; Springer Series in Chemical Physics, Vol.78, p.121 - 134, 2004/11

ダイバータ板に到達した水素イオンのほとんどは水素分子として再放出される。炭素材ダイバータ板では、化学スパッタリングによって炭化水素分子が発生する。これら分子の挙動の理解は、ダイバータを用いた熱粒子制御を確立するために重要である。ここでは、分子輸送に関するダイバータ分光について、おもにJT-60Uでの最近の研究に基づいて、幾つかの話題を述べる。接触ダイバータプラズマでは、水素分子及び炭化水素分子の輸送を調べるために分子分光が役立っている。また、水素分子が水素原子の生成,輸送,発光に及ぼす影響に関して調べられている。一方、非接触ダイバータプラズマでは、プラズマパラメータの分布測定,振動励起など複雑な分子過程を考慮した解析が課題である。また、本研究における分子データの応用及び必要性に関して議論する。

論文

ダイバータプラズマにおける炭化水素; 分光計測から分かること

仲野 友英; 門 信一郎*

プラズマ・核融合学会誌, 80(2), p.91 - 100, 2004/02

CH($$A^2{it Delta}to X^2{it Pi}$$)スペクトルバンド構造,炭化水素発生量の計測法、及び炭化水素の素過程のモデリングについて解説する。また、最近の炭化水素に関する研究成果を紹介する。JT-60Uの炭素材ダイバータ板では、CHと$$mbox{C}_2$$スペクトルバンドを同時測定することによって、$$mbox{CH}_4$$だけでなく$$mbox{C}_2mbox{H}_x$$の化学スパッタリング率を測定した。東京大学の直線型ダイバータ/境界層プラズマ模擬装置では、CHスペクトルバンド発光強度の測定結果と計算結果を比較して、炭化水素の分子活性化再結合を実証した。

論文

Present research status on divertor and plasma facing components for fusion power plants

鈴木 哲; 上田 良夫*; 徳永 和俊*; 佐藤 和義; 秋場 真人

Fusion Science and Technology, 44(1), p.41 - 48, 2003/07

 被引用回数:22 パーセンタイル:81.33(Nuclear Science & Technology)

本論文は日本における核融合発電プラントのダイバータ、プラズマ対向機器に関する研究のレビューである。発電プラントの実現に向けて、トリチウム増殖比や熱・粒子相互作用を考慮したプラズマ対向材料の選定,発電に向けた伝熱流動の研究,プラズマ対向材料として最も有望なタングステンに関する接合技術などの製作技術開発、そして発電プラントの設計などの我が国の研究の現状について報告する。

論文

Sputtering of carbon-tungsten mixed materials by low energy deuterium

谷口 正樹; 佐藤 和義; 江里 幸一郎; 横山 堅二; 大楽 正幸; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 313-316(1-3), p.360 - 363, 2003/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:58.26(Materials Science, Multidisciplinary)

次期核融合実験装置においては、ダイバータ用アーマ材として炭素,タングステン等複数の材料を併用することが考えられている。この場合、アーマ表面には損耗したこれらの構成元素が再付着することにより材料混合膜が形成されると考えられている。しかしながら混合膜に対する低エネルギー水素の照射効果についてはほとんど研究例がなく、ダイバータ開発に必要なデータは不足しているのが現状である。そこで炭素,タングステン電極間で重水素雰囲気下でアーク放電を生じさせ、昇華,蒸発する炭素,タングステンをモリブデン基盤上へ堆積させることにより模擬炭素-タングステン混合膜を作成し、その低エネルギー水素による損耗特性を調べた。その結果、炭素膜中にタングステンが混入することにより、損耗が大きく減少することがわかった。これは、タングステン-炭素結合の形成により水素による化学スパッタリングが抑制されたためであると考えられる。

論文

Coarsening dynamics and surface instability during ion-beam-assisted growth of amorphous diamondlike carbon

Zhu, X. D.; 楢本 洋; Xu, Y.; 鳴海 一雅; 宮下 喜好*

Physical Review B, 66(16), p.165426_1 - 165426_5, 2002/10

 被引用回数:12 パーセンタイル:54.45(Materials Science, Multidisciplinary)

フラーレンの蒸着と同時にイオン照射を行い、炭素同素体変換過程を含んだ蒸着とスパッターリングが競合するなかで誘起されるナノサイズのパターン形成について考察した論文である。通常炭素系非晶質に対するイオン照射では表面が平滑化するの通常の結論であるが、ここでは逆の結果が得られた。これは、フラーレンへのイオン照射による同素体変換によりどのような結合状態の炭素物質が核生成するかに依存することを示した。

論文

The Effect of sputtering ions on the structure and properties of diamond-like carbon films

Zhang, Z.; 鳴海 一雅; 楢本 洋; Wu, Z.*; 山本 春也; 宮下 敦巳

Journal of Physics; Condensed Matter, 11(25), p.L273 - L277, 1999/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:13.27(Physics, Condensed Matter)

炭素薄膜をスパッターリング法により作成して、その構造及び光学特性について評価した報告である。基板には$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001)を用い、スパッターリング用イオン種には、3keVCH$$_{4+}$$, N$$^{+}$$,Ar$$^{+}$$を用いた。結合状態の評価のために、オージェ電子分光及び顕微ラマン分光法を利用した。また光学特性の評価のため、顕微可視光分光計を反射モードで用いた。これらの解析の結果、CH$$_{4+}$$やN$$^{+}$$イオンを用いた場合、SP$$^{3}$$結合の割合が高く、それに対応して光学バンドギャップも$$sim$$1.75eVから2.7eVへと大きく変化することを明らかにした。

論文

Carbon impurity behavior in W-shaped pumped divertor of JT-60U

東島 智; 久保 博孝; 杉江 達夫; 清水 勝宏; 逆井 章; 朝倉 伸幸; 櫻井 真治; 細金 延幸; 木島 滋; 玉井 広史; et al.

Journal of Nuclear Materials, 266-269, p.1078 - 1083, 1999/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.01(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uでは、ダイバータを「開型」から「ドーム付傾斜ターゲット方式のW型」へと改造した。この改造で特徴的な構造物の一つであるダイバータドームの目的は、プライベート領域から化学スパッタリングで発生した炭化水素(メタン等)がX点付近に容易に到達するのを妨げ、不純物の主プラズマへ混入を抑制することである。改造後の実験において、この目的のとおり、X点付近の炭化水素が減少しているとの初期的な結果を得ており、現在計算コードを使用して詳細な解析を行っている。また改造後には、内側プライベート領域からのダイバータ排気が可能となった。主プラズマからのガスパフとダイバータ排気を同時に行う(パフ&排気)と、周辺プラズマ(SOL)にイオン流が生じ、ダイバータ部で発生した不純物の遮蔽が可能であろうと推測される。初期的な実験結果では、上記の効果が示唆された。しかし、すべての実験データでこの効果が見られる訳ではなく、現在再検討中である。今回の発表では、炭素不純物に関してダイバータ改造前後を比較しながら、ダイバータドームによる炭化水素抑制の効果、パフ&排気による炭素不純物遮蔽の効果について講演する。

報告書

イオンビームスパッタリング法によるNiC/Ti多層膜中性子スーパーミラーの作成とその特性

曽山 和彦; 鈴木 正年; 海老沢 徹*

JAERI-Research 98-067, 61 Pages, 1998/10

JAERI-Research-98-067.pdf:6.88MB

本研究は、Ni/Tiスーパーミラーの高反射率化を目的として、Ni膜にCを混入させることにより、Ni/Ti多層膜の界面粗さを低減させ、反射率を増加させるための多層膜作成技術の開発を目的としている。イオンビームスパッタリング法を用いて、C混入率を変化させたNiC薄膜及びNiC/Ti多層膜を作成し、X線回折法、X線光電子分析法、透過型電子線顕微鏡、中性子反射法、極微小電子線解析法によりその特性を調べた。その結果、C混入によるNi膜の微結晶化が確認されるとともに、最適C混入率が、Ni$$_{3}$$C化合物の形成される約30%と推定された。そして、最適C混入率条件でニッケルの2倍の全反射臨界角を有するスーパーミラーを作成したところ、90%以上の高反射率スーパーミラーを作成することができた。

論文

Disruption and sputtering erosions on SiC doped CFC

中村 和幸; 鈴木 哲; 大楽 正幸; 横山 堅二; 奥村 義和; 鈴木 隆之*; 神保 龍太郎*; Bandourko, V.*; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.828 - 832, 1998/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:39.76(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER用ダイバータアーマータイル材として有望な高熱電導炭素強化複合材(CFC材)のスパッタリング収率低減化を目的として、新たに炭化珪素含有CFC材が開発された。新材料で製作したダイバータアーマータイルの寿命を評価するため、ディスラプション及びスパッタリングによるこの材料の損耗特性を実験的に調べた。その結果、ディスラプションによる損耗特性を劣化させずに、スパッタリングによる損耗特性が改善されていることが確認され、実機適用に関して明るい見通しが得られた。本講演では、これら一連の損耗特性評価試験について報告する。

論文

Tungsten self-sputtering yield with different incidence angles and target temperature

Bandourko, V.*; 神保 龍太郎*; 中村 和幸; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.917 - 920, 1998/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:32.94(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER用プラズマ対向材料として有望なタングステン材料のセルフスパッタリング収率の角度及び温度依存性について報告する。主な内容は、入射角が70度近辺にスパッタリング収率の最大値を持つこと、より高温でスパッタリング収率が増加することである。特に、温度依存性に関しては、従来からの予測と異なるものであり、そのメカニズムについても報告する。

論文

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。

論文

プラズマ対向材料のエロージョン特性

中村 和幸; 秋場 真人

プラズマ・核融合学会誌, 73(6), p.594 - 599, 1997/06

本稿では、プラズマ対向材料(PFM)の損耗特性について概説する。PFMの損耗機構は、定常運転時にはスパッタリングが、また、ディスラプション時には熱衝撃による粒子飛散が主となる。スパッタリングによる損耗では、炭素繊維強化複合材(CFC材)と水素同位体との間の化学スパッタリングが特に問題となるが、その特徴は500$$^{circ}$$C付近に損耗のピークを持つなど強い温度依存性を有することである。ディスラプションによる損耗では、材料中の不純物(中でもカルシウムなどの低沸点不純物)量が多いほど損耗量が増加することが明らかとなっている。これらの損耗データを基にダイバータ板の寿命評価が進められているか、今後さらに、高粒子束、高熱流束条件下のデータや、中性子照射試料に対するデータが必要である。

論文

Sputtering experiments on B$$_{4}$$C doped CFC under high particle flux with low energy

中村 和幸; 大楽 正幸; 秋場 真人; 奥村 義和

Journal of Nuclear Materials, 241-243, p.1142 - 1146, 1997/00

 被引用回数:9

ITER用プラズマ対向材料として、高熱伝導炭素繊維強化複合材(CFC材)が有望視されているが、この材料はマトリックスと呼ばれる部分の損耗(スパッタリング)の大きいことが従来の研究で明らかとなっている。そこで、スパッタリングの抑制を目的としてマトリックス部に炭化ホウ素(B$$_{4}$$C)を添加した材料を新たに開発した。本発表では、このB$$_{4}$$C添加CFC材のスパッタリング特性を低エネルギー高粒子束イオン照射装置(SLEIS)を用いて調べた結果について報告する。SLEISによる照射は、水素イオンで50eV、~2$$times$$10$$^{20}$$個/m$$^{2}$$・Sの粒子束条件下で行った。その結果、重量変化から求めたスパッタリング収率にB$$_{4}$$C添加効果は見られなかったものの、電子顕微鏡による表面観察ではマトリックス部の損耗抑制効果が確認され、ITER用プラズマ対向材料としての見通しが得られた。

論文

New composite composed of boron carbide and carbon fiber with high thermal conductivity for first wall

神保 龍太郎*; 西堂 雅博; 中村 和幸; 秋場 真人; 鈴木 哲; 後藤 純孝*; 鈴木 康隆*; 千葉 秋雄*; 山木 孝博*; 中川 師夫*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 233-237(PT.A), p.781 - 786, 1996/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:73.59(Materials Science, Multidisciplinary)

新複合材料は、高熱伝導炭素繊維で作った平織りクロスを積層し、その間に多量のB$$_{4}$$Cを均一に充填して焼成した。B$$_{4}$$Cを20~35vol.%添加し、1700$$^{circ}$$Cで焼結した材料は、250W/m・K前後の室温熱伝導率を示す。開発材の熱伝導率は、温度依存性が小さく、400$$^{circ}$$C以上になると、室温で300W/m・K以上の高熱伝導フェルトC/C材の値より高くなり、高温材料として望ましい特性を示す。800Kにおける重水素イオンによるスパッタリング試験では、B$$_{4}$$Cが35vol.%以上の材料は、エロージョン率がC/C材の40%に低下し、B$$_{4}$$C添加の効果が明らかである。電子ビームによる熱負荷試験では、22MW/m$$^{2}$$を5秒間照射し、表面温度が2500$$^{circ}$$Cになっても割れの発生は起らなかった。リサイクリング特性は、黒鉛に比して、B$$_{4}$$Cの添加量と共に向上する。以上により、本複合材料は、C/C材とB$$_{4}$$Cの長所を併せ持つ複合材料であることがわかる。

論文

Spectroscopic study of impurity bahavior in JT-60U divertor plasma

久保 博孝; 杉江 達夫; 清水 勝宏; 逆井 章; 東島 智; 小出 芳彦; 朝倉 伸幸; 嶋田 道也; JT-60チーム

UV and X-Ray Spectroscopy of Astrophysical and Laboratory Plasmas (Frontiers Science Series No. 15), 0, p.29 - 34, 1996/00

JT-60Uでは、可視分光、真空紫外分光、およびX線分光を用いて、不純物挙動と遠隔放射冷却の研究を行っている。CIIの線強度分布の測定によって、ダイバータ部での炭素不純物の発生を研究した。低密度のプラズマでは重水素による物理スパッタリングおよび自己スパッタリングが主要な発生過程であり、高密度では化学スパッタリングが主要であった。CIIの線強度分布の測定によって、ダイバータ部での炭素不純物の輸送を研究した。この測定と2次元不純物輸送プログラムを用いた計算の比較から、炭素イオンの磁場に垂直な輸送計数は1m$$^{2}$$/s程度であることが明らかになった。また、可視分光と真空紫外分光を用いて、遠隔放射冷却の研究を行った。DIとCIVの線放射が遠隔放射冷却の主要な原因であることが明らかになった。金属不純物の輸送研究を行うために、レーザーブローオフを用いた金属不純物入射装置と結晶分光器を用意した。

論文

モンテカルロによる不純物輸送のモデリング

清水 勝宏; 滝塚 知典

プラズマ・核融合学会誌, 71(11), p.1135 - 1146, 1995/11

モンテカルロ法を用いた2次元不純物輸送コード(IMPMC)を開発した。モデリングには、・各種スパッタリングによる不純物の発生、・中性不純物の電離、・磁力線方向の運動、・クーロン散乱、・磁気面を横切る異常拡散、・原子過程が含まれる。本コードの特徴は、実平衡配位での不純物の軌道追跡、不純物の発生量の絶対値をコンシステントに決めていることである。また化学スパッタリングで発生するメタンの解離過程が取り入れられている。これを用いて、JT-60UのNB加熱時における炭素不純物の発生についてシミュレーション解析を行った。高密度プラズマでは、プライベイト領域の壁への中性粒子のフラックスが増大し、化学スパッタリングによるメタンの発生が重要となる。このメタンを起源とする不純物がX点近傍での放射損失を増大させ、局所的な放射冷却による熱的不安定性であるMARFEを引き起こすと考えられる。

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