Dynamic interactions of lattice defects and hydrogen isotopes in tungsten and its influence on tritium behavior

钨中晶格缺陷与氢同位素的动态相互作用及其对氚行为的影响

基本信息

批准号：
22H01200
负责人：
波多野雄治
金额：
$ 8.99万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の核心をなす学術的「問い」は、「中性子照射下におけるタングステン（W）中の空孔型格子欠陥の動的挙動（消滅や集合体形成）に、共存する水素同位体が影響を与えるか？」である。核融合炉プラズマ対向材料であるWが重水素とトリチウム（T）の核融合反応で生じる高エネルギー中性子の照射を受けると、格子欠陥が形成され、それらが水素同位体をトラップすることで、炉内のT蓄積量が著しく増大する懸念がある。高温では拡散を通して格子欠陥の消滅やクラスタリングが起こり、このような動的挙動がT蓄積量に影響を与えるが、水素同位体と格子欠陥が結合した場合の欠陥の動的挙動については、ほとんど知見がない。そこで、本研究グループが発案した「水素同位体雰囲気下中性子照射キャプセル」を用いて中性子照射したW試料および電子線照射した試料を用いて、水素同位体共存下での欠陥の動的挙動を明らかにする。「水素同位体雰囲気下中性子照射キャプセル」の照射は米国オークリッジ国立研究所の研究炉HFIRで行った。中性子照射による誘導放射能の減衰を評価した結果、ハンズオンでの取り扱いに問題ないと判断し、米国側研究者と協議の上、キャプセルの開封計画および試料輸送計画を立案した。現状では、2023年度中に東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターへ輸送し、照射後試験を開始する予定である。また、京都大学複合原子力科学研究所の電子線加速器を用いて、W試料に8 MeVの電子線を平均はじき出し回数が0.005となる程度まで照射した。比較のため測定した未照射試料中の陽電子寿命が130 psであったのに対し、照射試料では140 psの成分と360 psの成分が見られた。これらの成分は、それぞれ単空孔と空孔クラスタに対応している。今後、水素同位体を導入した状態で熱処理し、さらなるクラスタリングに及ぼす水素同位体の影響を調べる。

这项研究的核心学术问题是：“共存的氢同位素是否会影响中子辐照下钨（W）中空的晶格缺陷的动态行为（an灭和组装形成）？”当W，核融合反应器的血浆呼吸剂材料时，被氘和trium和tritium（T）的融合反应产生的高能量中子照射时，晶格缺陷将形成，并且由于这些捕获氢同位素同位素同位素同位素，因此，反应器中的T含量会大大增加。在高温下，晶格缺陷消失，聚集通过扩散发生，这种动态行为会影响t的积累，但是当组合氢同位素和晶格缺陷时，对缺陷的动态行为几乎没有知识。因此，我们将使用该研究组使用W使用W样品中子辐照和电子束辐照样品的样品来阐明在存在氢同位素共存的情况下缺陷的动态行为。在美国橡树岭国家实验室的研究反应堆HFIR上进行了“同位素大气中的中子辐照胶囊”的照射。在评估了由于中子照射引起的放射性诱导性衰减后，确定动手处理不是问题，并且在与美国研究人员的协商中，提出了打开胶囊的计划和样品运输计划。目前，该地点定于2023年在金属和材料研究所，隶属于金属和材料研究所的国际量子能源材料科学研究中心，并将开始进行后辐射测试。此外，使用京都大学核科学研究所的电子束加速器，用8 MeV的电子束辐射W样品，平均为0.005。为了进行比较，未辐照样品中的正电子寿命为130 ps，而受照射的样品包含140 ps的成分，成分为360 ps。这些组件分别对应于单孔和空置簇。将来，氢同位素是用引入氢同位素进行热处理的，以研究氢同位素对进一步聚类的影响。