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。

构成这项研究核心的学术问题是：“共存的氢同位素对中子辐照下钨（W）中空位型晶格缺陷的动态行为（湮灭和聚集形成）有何影响？”想给吗？”当聚变反应堆中面向等离子体的材料 W 受到氘和氚 (T) 聚变反应中产生的高能中子照射时，会形成晶格缺陷，这些缺陷会捕获氢同位素，导致反应堆人们担心体内积累的T量会大幅增加。在高温下，晶格缺陷通过扩散消失或聚集，这种动态行为会影响T累积量，但对于氢同位素与晶格缺陷结合时缺陷的动态行为知之甚少。因此，我们利用本研究组提出的“氢同位素气氛中的中子照射胶囊”，利用中子照射的W样品和电子束照射的样品，研究了氢同位素共存中的缺陷的动态行为。。 “氢同位素气氛中的中子辐照舱”的辐照是在美国橡树岭国家实验室的研究堆 HFIR 中进行的。对中子照射引起的诱发放射性衰减进行了评估，确定实际操作不会有问题，并与美国研究人员协商后制定了打开胶囊和运输样本的计划。目前计划于2023年将其运至东北大学材料研究所量子能源材料科学研究国际中心，开始进行后辐照测试。另外，使用京都大学核科学研究所的电子束加速器，用8MeV电子束照射W样品，直至平均反弹次数为0.005。为了进行比较，未照射样品中的正电子寿命为130 ps，而在照射样品中，观察到了140 ps的成分和360 ps的成分。这些组件分别对应于单个空位和空位簇。未来我们将引入氢同位素进行热处理，进一步研究氢同位素对团簇的影响。