ヘリウムプラズマ照射によるバンドル状金属ナノ構造の形成機構と核融合炉への影響

氦等离子体辐照束状金属纳米结构的形成机制及其对聚变反应堆的影响

基本信息

批准号：
22KJ1554
负责人：
ZHANG Rongshi
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1554/
关键词：
Nano-tendril Bundle タングステンヘリウム

项目摘要

ヘリウムプラズマと金属の相互作用により形成する金属繊維構造Nano-tendril Bundles (NTB)にはアークの誘発効果が確認される。2021年度は主にNTBの耐熱性や電界電子放出特性の調査を行った。真空加熱炉を用いて、タングステン表面に形成したNTB構造を赤外線によって加熱し、アニーリング（焼きなまし）によるNTBの形態変化を測定した。調査の結果、NTBは1573Kのアニーリングにおいて、著しい構造変化が確認された。NTBの先端は丸くなり、繊維が太くなると同時に、アニーリング処理後の試料からの電界電子放出電流は大幅に低減した。またアニーリング処理前のNTB試料表面では、ヘリウムプラズマ照射時に一時間あたり十数回のアークが発生したのに対して、アニーリング処理後のNTB試料表面ではアークは発生しなかった。この結果から、NTB形成によるアークを抑制するためには、アニーリング手法は有効であることが明らかとなった。NTBの電界電子放出特性の構造依存性を精査するために、NTBの形成に関わる条件である不純物ガスの種類、割合、入射イオンエネルギーを変えることで、異なる構造を有するNTBをタングステンの表面に形成した。電界電子放出特性の測定において、NTBの先端が丸くなると、電界電子放出が弱くなる傾向が確認された。また、添加された窒素不純物の割合が増えることで、NTBの先端が丸くなる傾向が確認された。これらの結果から、NTBの電界電子放出特性が先端構造に大きく依存し、添加された不純物ガスを調整することで、形成されるNTBの先端構造を制御できる可能性がある。

已确认由氦等离子体和金属相互作用形成的金属纤维结构，即纳米弯曲束（NTB），已证实会诱导弧线。在2021财年，我们主要研究了NTBS的耐热性和场电子发射特性。使用真空加热炉，通过红外射线加热了在钨表面形成的NTB结构，并测量了由于退火而导致的NTB的形态。调查的结果表明，在1573K退火期间，NTB的结构发生了显着变化。 NTB的尖端变为圆形，纤维变厚，而在退火处理后，样品中的现场电子发射电流显着降低。此外，在退火处理前的NTB样品表面上，在氦血浆辐照过程中发生了大约数十个每小时的弧度，而在退火处理后，在NTB样品的表面上，没有发生电弧。从这些结果中可以揭示出退火技术可有效抑制由NTB形成引起的弧线。为了检查NTB的场电子发射特性的结构依赖性，通过改变了杂质气体的类型，比例和入射离子能量，在钨的表面形成了具有不同结构的NTB，这是NTB形成的条件。在测量电场电子发射特性时，已经证实，当NTB的尖端变形时，场电子发射趋于削弱。此外，随着添加的氮杂质的比例增加，NTB的尖端往往会变形。这些结果表明，NTB的场电子发射特性高度依赖于尖端结构，并且通过调节添加的杂质气体，可以控制所形成的NTB的尖端结构。

项目成果

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Changes in morphology and field emission property of nano-tendril bundles after high temperature annealing

高温退火后纳米卷须束形貌及场发射性能的变化

DOI：
10.1016/j.nme.2022.101178
发表时间：
2022
期刊：
Nuclear Materials and Energy
影响因子：
2.6
作者：
Zhang Rongshi;Kajita Shin;Hwangbo Dogyun;Sinelnikov Dmitry;Tanaka Hirohiko;Ohno Noriyasu
通讯作者：
Ohno Noriyasu

Field emission property of nano-tendril bundles formed with various impurity gases

各种杂质气体形成的纳米卷须束的场发射特性