Relationship between internal stress distribution and microstructure in a suspension-sprayed thermal barrier coating with a columnar structure

山崎 泰広*; 篠宮 啓介*; 奥村 忠晴*; 鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 中村 唯我*

Quantum Beam Science (Internet), 7(2), p.14_1 - 14_12, 2023/05

https://doi.org/10.3390/qubs7020014

The suspension plasma spray (SPS) technique has attracted attention because of its various microstructures, which can be achieved by mixing submicron spray particles with a solvent to form a suspension. Thermal barrier coatings (TBCs) with a columnar structure, which might achieve high strain tolerance, can be obtained using the SPS technique. In this study, the internal stress distribution of the SPS-TBC with different columnar structures was evaluated by hybrid measurement using high-energy synchrotron X-ray diffraction analysis and laboratory low-energy X-rays. The effect of microstructure on the internal stress distribution of the SPS-TBC was discussed on the basis of the experimental results. In addition, the in-plane internal stress was decreased by decreasing the column diameter. The thin columnar microstructure of the SPS-TBC has superior strain tolerance. The internal stresses in the column of the SPS-TBC are periodic decrements caused by stress relaxation in porous layers.

ナノ粒子を用いた透明遮へい材の開発研究(委託研究); 平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉国際共同研究センター; 九州大学*

JAEA-Review 2019-039, 104 Pages, 2020/03

JAEA-Review-2019-039.pdf:5.57MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「ナノ粒子を用いた透明遮へい材の開発研究」について取りまとめたものである。本研究は、燃料デブリ取り出しや分析における作業員の被ばく低減や遠隔カメラの光学系・電子系の劣化低減を目的として、遮へい材料をナノ粒子化してエポキシ樹脂に分散・固化することにより透明な遮へい体を開発する。BCやWをナノ粒子化して中性子とガンマ線を同時に遮へいし、中性子から生じる二次ガンマ線も抑制する遮へい体を開発する。

Study on impurity radiation and transport of JT-60U plasmas

石島 達夫

JAERI-Research 2000-015, p.94 - 0, 2000/03

JAERI-Research-2000-015.pdf:3.4MB

核融合炉においては、非接触ダイバータが標準シナリオと考えられている。しかしながら、非接触ダイバータの運転領域は不純物が炉心プラズマに混入してしまう局所的に放射損失が高くなる現象(MARFE)に近接しており、MARFEの回避法が課題となっていた。本論文は、分光学的な解析から境界プラズマ層のプラズマ流がダイバータ領域に不純物を留めMARFEを回避するために重要であることを初めて明らかにした。通常のトカマク放電では異常拡散が支配的であり、新古典拡散理論で予測される不純物の選択的な中心への蓄積は観測されない。閉じ込めのよい負磁気シア放電においては、電子密度、電子温度、イオン温度が中心領域で増大し、この時、炭素密度及び放射パワーも中心領域で増大していることに着目し、分光学的な計測及び解析を行った。その結果、炭素不純物の増加量は、新古典拡散理論でほぼ説明できることを明らかにした。閉じ込め改善度が高い負磁気シア放電の場合、~1秒程度の定常維持が続くと中心において不純物が蓄積することにより閉じ込め性能に影響を与える可能性がある。また本研究では炉心のパワーバランスの理解のために重要である放射パワーの解析を行い、不純物と重水素イオンによる制動放射で説明が可能であることを明らかにした。

ITER materials R&D data bank

田中 茂; R.Matera*; G.Kalinin*; V.Barabash*; 毛利 憲介*

Journal of Nuclear Materials, 271-272, p.478 - 485, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00804-6

ITER真空容器内材器(ダイバータ、第一壁、ブランケット、真空容器等)構成材料に関係する工学R&Dで得られた膨大な実験生データを蓄積して、設計に有効利用するため、「ITER材料関連R&Dデータバンク」を構築した。ベリリウム、タングステン、炭素系材料、銅合金、ステンレス鋼等の単体材料の熱機械的特性(中性子照射効果含む)に加えて、これら材料間(Be/Cu,W/Cu,CFC/Cu,Cu/SS,Cu/Cu,SS/SS)の各種接合(ロウ付け、HIP、爆着、摩擦接合、プラズマスプレー等)の熱機械的特性(中性子照射効果含む)、さらにこれら接合法を用いて製作された水冷模擬試験体の高熱負荷繰返し疲労試験の結果を収録した。またプラズマ対向材料(Be,W,CFC)のプラズマ壁相互作用(スパッタリング及びディスラプション時熱負荷による損耗、水素同位体の吸蔵、放出)及び各種冷却管の限界熱流束に関する実験データも収録した。

Experimental and analytical results of carbon based materials under thermal shock heat loads for fusion application

荒木 政則; 秋場 真人; 関 昌弘; 大楽 正幸; 伊勢 英夫*; 山崎 誠一郎*; 田中 茂; 横山 堅二

Fusion Engineering and Design, 19, p.101 - 109, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0920-3796(92)90066-D

プラズマ対向機器は熱的・構造的に厳しい環境下にさらされ、これら受熱機器の寿命を評価することは、設計上、必要不可欠である。プラズマ対向機器の寿命は、各種損傷要因によって決まるが、プラズマ異常消滅時に生ずる短時間・高熱流束の熱衝撃が支配的である。このため、プラズマ対向機器表面材料である、炭素系材料の熱衝撃実験を電子ビーム照射装置を用いて実施し合わせて2次元熱解析結果と比較した。実験の結果、低熱負荷領域では、材料損耗深さに関する実験結果は解析結果とよりよい一致をみた。しかし、熱負荷の増加と共に、実験結果と解析結果の比は大きくなり、この原因は、実験中に観察された粒子飛散によるものと考えられ、一方、解析ではそのモデル化が困難であるため考慮されていないことによる。実験結果は解析結果の約2倍であり、このことから表面材料である炭素系材料の寿命を評価する上で解析的手法による評価の可能性が示された。

Entry-length effect on the thermal-hydraulic design of plasma-facing components of fusion reactors, Part I; Non-MHD flow

功刀 資彰; M.Z.Hasan*

Fusion Technology, 19, p.1024 - 1029, 1991/05

核融合炉のプラズマ対向機器としては、第1壁、リミッタ及びダイバータがある。従って、これらの機器の冷却材流路はプラズマ対向面で熱放射による加熱を受ける。冷却材流路が円形の場合、この熱流束は周方向に不均一な分布となり、境膜温度差や流体内温度分布に大きな影響を与える。本報では、不均一加熱下での熱伝達率(Nu)分布と助走区間の影響について述べる。MHD効果について検討するため、電気伝導性は有するが磁場を考慮しない液体金属流れの場合についても述べる。MHD効果については第2報で述べる。流れは完全に発達した層流を仮定した。表面での不均一加熱のため、最大加熱点での熱伝達率は40%まで減少した。また、不均一加熱により助走区間が2倍以上増加した。

Thermal shock tests on various materials of plasma facing components for FER/ITER

関 昌弘; 秋場 真人; 荒木 政則; 横山 堅二; 大楽 正幸; 堀江 智明*; 深谷 清; 小川 益郎; 伊勢 英夫*

Fusion Engineering and Design, 15, p.59 - 74, 1991/00

https://doi.org/10.1016/0920-3796(91)80009-4

核融合実験炉のプラズマ対向材料の熱衝撃試験結果のレビューである。これらは原研で行ってきた各種対向材料の試験結果をまとめたもので、プラズマ対向材料として目される黒鉛系材料、ステンレススチール、タングステンを含んでいる。黒鉛系材料については、電子ビームを用いて加熱し、数値解析による予想の3~5倍損傷が激しくなることが明らかとなった。ステンレスについては、再凝固面に多数のき裂が発生し、発生状況が材料成分に大きく依存することがわかった。また、タングステンについては、8MW/mの熱負荷に耐えるW/Cu接合体の開発に成功している。

Thomson scattering measurements on ohmically heated plasmas in the JFT-2 tokamak

的場 徹; 船橋 昭昌; 板垣 時良; 熊谷 勝昭; 荘司 昭朗; 鈴木 紀男; 山内 俊彦

Japanese Journal of Applied Physics, 18(3), p.611 - 619, 1979/00

https://doi.org/10.1143/JJAP.18.611

JFT-2トカマク装置においてQスイッチルビーレーザーを用いたトムソン散乱計測によりオーミック加熱水素プラズマの電子温度・電子密度が測定された。測定範囲は電子温度で0.08~1.2keV、電子密度で210~4.410cmであり、それらの空間分布も測定できた。電子温度はプラズマ電流に比例して変化し、等価荷電数は電子密度の増加により減少した。電子温度の空間分布計測値から電子熱伝導計数の実験値を求めることができ理論値と比較して以下の結論を得た。Ke≪Ke≦Ke ここでKeは実験値であり、Keは新古典論Keは散逸的捕かく電子論による理論値である。