京都大学

1～10keV低電離タングステンイオンと水素・重水素原子・分子の電荷変換断面積測定

代表 今井 誠

熱核融合実現に向けてプラズマ中のタングステン不純物の挙動解明が重要な課題となっており、挙動解明のためのシミュレーション精度向上に資するべく、プラズマ中のタングステンイオンと水素・重水素中性粒子（原子・分子）の衝突反応データが求められている。特に、実験データが不足しているため理論的に解明することが困難となっている低エネルギー (1～10 keV) 低電離タングステンイオンの衝突断面積を精密測定する。

乱流電磁場によるECH高速電子の拡散とトロイダル流駆動トルクの検証

代表 田原 康祐

核融合発電の早期実現に向けた重要な課題である乱流輸送の抑制に関連して，磁場閉じ込め方式の核融合プラズマにおける主要な加熱手法である電子サイクロトロン加熱(ECH)によるトロイダル流駆動を介した乱流抑制が注目されている．本研究では，シミュレーション解析に基づいたECHによる乱流輸送抑制効果の検証を目的とする．ECH-乱流間の相互作用を考慮した解析には高コストな大規模シミュレーションを要するため従来研究では十分な解析が為されてこなかった．本研究では現実的なコストのもとで解析を行う手法を提案し，これらの相互作用を考慮したシミュレーションを行うことで，ECHによる乱流輸送抑制効果を定量的に検証する．

多放電同時データ同化による核融合プラズマのデジタルツイン構築

代表 森下 侑哉

計測情報が限られる中で核融合プラズマの内部状態を推定し、挙動を予測制御するためには核融合プラズマのデジタルツインの構築が必要である。本研究では、実験データを用いてシミュレーションモデルを最適化するデータ同化の技術とこれまで多数蓄積されてきた核融合プラズマの実験放電データを活用して、核融合プラズマのデジタルツイン構築を行う。多数の放電データの同時データ同化により、それらの放電に共通する性質を抽出し、デジタルツインに集約する手法を確立する。さらに、大型ヘリカル装置（LHD）に蓄積された放電データを対象とし、予測・再現性能が高いデジタルツインの獲得を目指す。

多目的最適化と統計的機械学習のハイブリッドによる核融合炉プラズマ予測の加速

代表 本多 充

経験則的試行錯誤によって少数の成功例のみを得ていた状況から脱し、誰もが予見可能な計算時間で核融合炉プラズマの最適解集合を得られる状況を実現するための研究開発を行う。次の3ステップで研究を進める。 ① 統計的機械学習であるガウス過程回帰を用いた代理モデルの構築 ② 多目的最適化アルゴリズムの開発 ③ 多様な最適パラメータの組み合わせを持つ核融合炉プラズマ運転シナリオの開発

データ同化による核融合プラズマ予測制御手法の開発

代表 村上 定義

本研究では、これまで開発を進めてきた核融合プラズマにおけるデータ同化シミュレーションコードASTIに観測情報によるシステムモデルの更新と目標状態を実現する制御入力の推定とを統合した新たなデータ同化フレームワークを導入する。次に、磁場配位が比較的安定しており、プラズマ制御が比較的容易であるヘリカル型実験装置（LHD、Wendelstein7-X、Helotron-J、HSX）を用いたデータ同化による予測制御の実証実験を行う。最後に、ヘリカル型実験装置での実証実験により得られた知見を基に、大型トカマク制御への研究を進める。

炭化珪素及びタングステンハイブリッド繊維強化高靭性タングステン複合材料の開発

代表 檜木 達也

タングステン（W）材料は核融合炉におけるダイバータ等への適用で期待されているが、中性子照射環境下や1000℃程度の再結晶温度以上では靱性は低下してしまう。本研究では、Wに対して炭化珪素繊維やW繊維での強化という、セラミックス複合材料の破壊力学を取り入れた全く新しい手法により、中性子照射環境下、また再結晶温度を超えるような温度域においても優れた破壊靭性と除熱性を得られる革新的な材料の開発を目指す。

近赤外輝線を用いたエネルギー変化の高感度観測による磁場閉じ込めプラズマ診断法開発

代表 四竈 泰一

磁場閉じ込めプラズマの近赤外原子輝線を高波長分解分光すれば，電磁場や相対論効果による原子のエネルギー変化を，紫外・可視輝線よりも高感度に観測できる．また，得られる情報を用いて今までにないプラズマ診断法を実現できる可能性がある．代表者はこれまで，この知見を磁場によるエネルギー変化（ゼーマン効果）の観測に適用してきた．本研究では，同じ方法を，電場（シュタルク効果）や相対論効果（スピン軌道相互作用）に対して適用し，これらの高感度観測にもとづく2種類のプラズマ診断法：(1) ECHマイクロ波電場の計測，(2) 電子速度分布の異方性の計測，を提案し，実証する．

核融合実験プラズマの乱流輸送モデリングによる分布形成過程の予測研究

代表 成田 絵美

核融合プラズマの温度と密度の分布形成機構はプラズマを構成する粒子種によって異なることが実験から示唆されている。研究代表者は分布形成の背景にある乱流輸送過程を示しながら密度と温度を予測できる輸送モデルDeKANISを開発してきた。DeKANISは機械学習を利用することで高速な乱流輸送計算を実現しつつ、他の機械学習モデルと異なり、第一原理計算による輸送解析の結果を学習に用いることで乱流輸送過程を調べることを可能にした唯一の輸送モデルである。DeKANISを拡張し、ITER等における核燃焼プラズマの予測において重要である主イオンの水素同位体効果及び不純物イオンの存在を考慮した分布形成機構を解明する。

プラズマ中原子分子素過程ネットワークの統計的粗視化モデリング

代表 藤井 恵介

不純物を含むプラズマにおける径方向輸送とプラズマ回転の自発的な相互形成過程の研究

代表 本多 充

高閉じ込めプラズマ実現のために回転予測能力の獲得は極めて重要である。従来の回転研究は外部トルク入力によって高速に回転駆動されたプラズマを対象としてきた一方、外部トルク入力が支配的でないオーミック放電時や電子加熱時などは、従来型の解析・計算手法が適用できず、シミュレーション研究としては手つかずの状況であった。このような状況でも解析可能な、独自開発の輸送コードTASK/TXを用いて、不純物を含む自己無撞着な体系のプラズマにおいて乱流と衝突による輸送によって生じる径方向輸送とプラズマの回転がどのように関係しながら、直接的な外部駆動に依らない自発的な回転分布を形成するか、その普遍的理解を目指す。

シュタルク・ゼーマン効果の高感度計測を利用した磁場閉じ込めプラズマ診断法の開発

代表 四竈 泰一

磁場閉じ込め核融合炉の開発では、今後、ITERやDEMOをはじめとする強磁場・大電力加熱の実験が中心となり、電磁場を利用したプラズマ診断の重要性が高まると考えられる。電磁場を利用した診断は、分光ではシュタルク・ゼーマン効果による輝線の波長分裂を用いて行われるが、標準的な可視分光の場合、これらの分裂は線幅に隠されてしまい精密計測が難しい。そこで本研究では、シュタルク・ゼーマン効果と線幅の波長依存性の違いに着目し（前者は2乗、後者は1乗以下に比例）、近赤外分光を使ってシュタルク・ゼーマン効果を高感度で計測する。この結果得られる精密な電磁場情報を利用することで、2種類の革新的プラズマ診断を実現する。

データ同化を用いた核融合プラズマの統合輸送シミュレーション

代表 森下 侑哉

将来の核融合炉において，核融合プラズマの挙動を高速かつ正確に予測し制御するシステムが必要である．従来のシミュレーションでは，実時間レベルでの高速かつ高精度な予測は難しいため，本研究では，データ同化と核融合プラズマの統合シミュレーションを組み合わせたデータ同化システムASTIの開発を行う．データ同化とは逐次的に得られる観測情報を用いて，モデルの予測能力および解析能力を高める統計的最適化手法である．本研究では，データ同化を用いて，大型ヘリカル装置（LHD）に多数蓄積された実験データから高性能な輸送モデルを構築する手法を開発するとともに，核融合プラズマの制御手法の開発を行う．

先進ヘリカル配位における内部輸送障壁の高密度化と周辺部輸送障壁の両立

代表 小林 進二

磁場閉じ込め核融合の炉心条件達成には、輸送障壁と呼ばれる断熱層を形成しプラズマを効率的に高温化することが有効である。申請者らはこれまでに、低磁気シア配位を持つ先進ヘリカル装置ヘリオトロンJにおいて、従来の内部輸送障壁（ITB）の発現密度が2倍以上高い「高密度ITB」の観測に成功した。本研究では、この高密度ITBの形成メカニズムを(1)低次有理面、(2)磁気シア、(3)平行フローシアの3つの観点から、実験及び数値解析を通じて解明することを目指す。加えて、周辺部輸送障壁（ETB）を併用したさらなる高密度プラズマ生成シナリオを開発し、ヘリカル系におけるETB/ITB放電シナリオの確立を図る。

光渦を用いたカットオフを超える電子サイクロトロン共鳴加熱・電流駆動

代表 長崎 百伸

電子サイクロトロン（EC）波を用いた加熱・電流駆動（ECH/ECCD）は、局在加熱・非接触性という特性から、磁場閉じ込め核融合プラズマの主要な加熱・電流駆動法として位置づけられている。カットオフ密度以上の密度領域を伝播できないという課題を解決するため、螺旋状波面と軌道角運動量を持つ光渦を用いたECH/ECCDという手法を提案する。スパイラルミラー（螺旋位相板）の最適化によってモード純度の高い光渦を生成するとともに、コルゲート導波管を用いた高効率伝送を実証する。プラズマ実験において伝搬・吸収を実験的に検証し、高密度プラズマ加熱・電流駆動を目指すとともに、加熱・電流駆動の物理過程を明らかにする。

磁場閉じ込めプラズマにおける高密度閉じ込め改善の物理的起源の解明

代表 稲垣 滋

磁場閉じ込めプラズマでは、高密度化に伴い閉じ込めが改善することが知られているが、その物理的起源や維持機構は未解明である。本研究では、磁化プラズマ実験と乱流シミュレーションを組み合わせ、乱流とゾーナル流の衝突率およびベータ値依存性を体系的に解明する。Vバンド2チャンネルドップラー反射計を開発し、ヘリオトロンJにおいて密度・温度分布および揺動を広い密度領域で計測する。さらにGKVおよびGKNETによる解析と比較することで、勾配・乱流・ゾーナル流の相互作用に基づく輸送機構を明らかにし、高密度プラズマの形成と維持に関する物理的指針を提示する。

分光学的トレーサブルな不純物導入による磁化プラズマ中の多価イオン挙動の解明

代表 門 信一郎

フュージョンエネルギー（核融合）を目指したプラズマ中の不純物（燃料となる水素同位体以外の元素）は、放射冷却作用により、プラズマの高温可を妨げる一方、余分な熱を除去する「最適化」にも用いられます。本研究では、不純物ガスを意図的に導入して、不純物が放つ光を追跡（トレーシング）し、シミュレーションと合わせて、プラズマの状態や磁場構造が不純物の輸送に及ぼす影響を解明します。

核融合プラズマの周辺領域に及ぼす雪崩現象の大域的輸送特性の解明

代表 金 史良

三次元計測法を用いたトーラスプラズマの空間構造の自発的形成過程の解明

代表 稲垣 秦一郎

トーラスプラズマにおける自発的な三次元構造の形成は磁場配位によらず様々な装置で確認されている．このような構造形成現象の前駆現象や素過程を解明するためには，巨視的なプラズマパラメータの三次元ダイナミクスを計測することが求められる．本研究では，プラズマから放射されるX線をピンホールカメラにより二次元画像として計測し，得られたデータから電子温度および電子密度の空間分布を推定する新規プラズマ診断手法の開発を目的としている．また本手法を逆磁場ピンチプラズマに適用し，空間構造の自発的形成過程の解明を目指す．

磁場閉じ込めプラズマにおける雪崩輸送の計測法の開発

代表 金 史良

磁場閉じ込め核融合プラズマでは、エネルギー散逸過程として雪崩輸送が注目されているが、雪崩は様々な時空間スケールで無作為に発生するため、有効な計測法が確立されていない。本研究では、雪崩輸送の定量的な計測方法の確立を目指し、 (i)マイクロ波反射計を用いた計測法と(ii)データ駆動型アプローチによる評価方法により雪崩輸送を観測し、その発生機構や分布形成に及ぼす影響を実験的に検証する。

外部アクチュエータを用いた高エネルギー粒子励起MHD不安定性の制御

代表 長崎 百伸

磁場閉じ込め核融合プラズマにおいて、アルファ粒子や中性粒子ビームといった高エネルギー粒子（energetic particle, EP）を良好に閉じ込めることは、加熱効率を向上させ、高性能炉心プラズマの生成・維持するために重要な課題である。本研究では、電子サイクロトロン共鳴加熱・電流駆動（ECH/ECCD）や回転変換などの磁場配位パラメタといった外部制御が可能なアクチュエータを組み合わせることでEP励起MHD不安定性の制御手法を開発する。複数のアクチュエータによって励起・減衰の物理機構を明らかにするとともに、EPが駆動する測地線音波モード（EGAM）によるバルクイオンの直接加熱を試みる。

トカマクプラズマにおける内部輸送障壁の大域的応答の解明

代表 金 史良

本研究は、トカマクプラズマにおける内部輸送障壁(ITB)の制御の鍵を握る大域的輸送特性の解明に向けて、ITBの過渡応答実験を行い熱流束と乱流伝播を同時観測することで、ITBの輸送機構を明らかにすることを目的としている。この目的を達成するために、(i)那珂核融合研究所のJT-60U装置を用いて過渡輸送解析手法を確立し、(ii)米国・ゼネラルアトミックス社のDIII-D装置を用いて固体ペレット入射などによるITBの過渡応答実験を行い、熱流束と乱流の同時観測から因果関係を特定してITBの大域的輸送機構を明らかにしていく。

乱流の非線形性を介在した同位体効果発現機構の実験的検証

代表 大島 慎介

近年注目されている、乱流の非線形性を介在し同位体効果が生じるという仮説の実験による実証を目指し、 A. 乱流の非線形特性の実験的観測による同位体効果発現機構の解明 B. 磁場配位制御による、非線形乱流を介在した、同位体効果への影響の検証 を目指す。軽/重水素同位体比を制御し、広いパラメータ領域で乱流と帯状流の非線形結合・競合過程の特性の応答を明らかにする。乱流、そして帯状流を直接観測し、多様な揺動解析手法を駆使し、乱流の素過程およびその非線形特性を評価する。さらに、乱流と帯状流の非線形結合・競合過程の制御ノブとして、磁場の幾何形状（磁場配位）を制御し、同位体効果に影響を与えうるか、解明を目指す。

核融合ブランケットの中性子輸送と燃料生産性の実験評価

代表 向井 啓祐

トリチウム増殖比が１を超えなければ核融合炉は成立しないが、炉以外の環境でTBRを評価する方法はこれまでにわかっていない。本研究では核融合炉以外の環境で燃料生産性能の評価手法の確立を目指す。核融合炉実機よりも格段に小さい模擬ブランケット体系で核融合炉と同様の白色（ミリ～メガ電子ボルト）の中性子スペクトルを発生させ、中性子束分布の計測と燃料生産性能の評価を行う。本研究は中性子のエネルギー成分に着目して核融合炉を模擬し、計算では知り得ない中性子の挙動を解明する。原型炉実証試験に先立ち、燃料生産に影響する因子の発見や重要な設計課題の抽出に繋がることが期待される。

先進ヘリカル配位のベータ効果が対称性と熱・乱流輸送に与える影響の実験的検証

代表 小林 進二

先進ヘリカル配位はプラズマ圧力の上昇にともなう反磁性効果・シャフラノフシフトによる平衡の変化をあらかじめ予測し、目標とするベータ値のプラズマにおいて輸送の改善・配位対称性の向上（ベータ効果）を期待して配位設計されている。本研究では、先進ヘリカル配位におけるベータ効果を実験的に検証することを目的として、１．高ベータプラズマ生成のための粒子補給法の検討、２．プラズマベータがエネルギー閉じ込め・熱輸送とMHD平衡に与える影響の解明、新古典輸送・乱流輸送シミュレーションとの比較、３．プラズマベータとポロイダルフローとの相関の検証、を行う事を計画する。

バーチャルトカマクディスラプションの検証と制約近傍制御の開拓

代表 松山 顕之

トカマク方式の核融合エネルギーシステムの難題である不安定性による放電終端現象（ディスラプション）の問題を解決する取り組みとして、運転時の性能向上と装置保護を最適に選択するシステムの研究を行う。世界４つのトカマク実験およびLHDのペレット入射実験の解析によってシミュレーションの物理モデルを検証する。検証した物理モデルをAIや予測制御の手法と組み合わせることで最適なプラズマ制御シナリオを検討し、得られた知見を世界最大の超伝導トカマク実験JT-60SAに適用する。

トカマク周辺乱流シミュレーションに向けた大域的ジャイロ運動論コードの開発

代表 奥田 修平

核融合反応を利用した発電は、経済性・安全性・環境問題などの観点において非常に優れた夢の技術として期待されている。しかし、燃料の高温プラズマを磁場で閉じ込める磁場閉じ込め核融合方式では、乱流により閉じ込め性能が悪化することにより、期待されるようなパフォーマンスを発揮できていない。そこで本研究では、制御の上で特に重要となる周辺領域のプラズマ乱流の第一原理シミュレーションを行うために、GKNET-Xコードを開発する。

炉心および周辺グローバル運動論シミュレーションによる不純物輸送現象の解明

代表 今寺 賢志

本研究課題では、我々が近年開発を進めている複数の粒子種を取り扱った第一原理コードGKNETの特性を活かして、炉心プラズマにおいてメインの不純物となるヘリウム灰の排気と、燃料である水素同位体の供給の両立を目指した粒子輸送の制御法の開拓を行う。加えて、周辺領域も取り扱えるようにGKNETを拡張することで、周辺プラズマにおける炉壁からの不純物の排気と燃料粒子補給の両立を目指す。

燃焼プラズマにおける周辺局在モードを介したコア領域と周辺領域の大域的相互作用

代表 石澤 明宏

高エネルギー粒子駆動のマクロな電磁モードやミクロな乱流を含む燃焼プラズマのコアから周辺までの全領域を高精度で再現することが可能な電磁的ジャイロ運動論モデルに基づく数値シミュレーションを実現する。この数値シミュレーションにより、周辺局在モードを介した「燃焼によって生じた高エネルギー粒子を含むコア領域の閉じ込め特性」と「第１壁への熱負荷特性」の相互関係を支配する物理機構を解明するとともに、双方の特性を同時に満たす周辺局在モードの最適化(出現頻度や飽和振幅、独立した密度・温度構造など)に挑戦する。

軸対称性の破れに対応したGrad-Hoganモデルの定式化とディスラプション解析

代表 山下 湧志朗

プラズマ自身に流れる電流が閉じ込め磁場を作るトカマク方式において、プラズマ閉じ込めが急激に失われるディスラプション現象の存在が知られている。従来のトカマク研究では経度方向に一様であるという軸対称性を仮定する場合が多かったが、近年では軸対称性の破れを考慮した解析が進められており、ディスラプション研究においても軸対称性を仮定しない解析手法が求められている。 本研究では効率よく長時間の過程を模擬することを目的に、プラズマの時間発展を平衡状態の時間変化によって扱うGrad-Hoganモデルを非軸対称解析に応用する。モデルの定式化からシミュレーションコード実装、ディスラプション解析までを試みる。

高い磁力線方向屈折率を持った電子バーンスタイン波による球状トカマク起動

代表 打田 正樹

球状トカマク(ST)型核融合炉の実現には中心ソレノイドを用いない無誘導起動法確立が望まれる。京都大学のLATEでは、電子バーンスタイン(EB)波加熱・電流駆動によりプラズマ電流をゼロから20kAまで立上げ、遮断密度を超えるSTの無誘導形成に成功した。ここでは高い磁力線方向屈折率を持ったEB波により、低域混成波と同等の高速な電流上昇率を達成したが、同時に高エネルギー補足電子群が最外殻磁気面外側に成長し、入射電力の大半を吸収すると伴に真空容器壁へ損失していた。本研究では、これを回避すべく新たな入射方法により直接周回粒子を加熱し電流駆動を行う立上げ方法を開発し、STのEB波起動法確立を目指す。

高強度磁場で支配されるレーザー駆動の極限状態の生成と新機能の創出

代表 松井 隆太郎

本提案は、集光強度が10^20-22 W/cm^2 の高強度レーザーと物質との相互作用において、ナノ工学・リソグラフィー技術によるサブマイクロメートルオーダの比表面積の大きな微細構造を付与した物質を用いることで、圧力が数M～数10 Gbarの高エネルギー密度プラズマを生成するとともに、この過程で現出するTV/mオーダの強電場と kTオーダの強磁場を制御することでプラズマに自己組織化機能を発現できるとの着想に基づき、微細構造を適切に選択することで、慣性時間を超えてこれを長時間“閉じ込める”方法論を開拓することを目的とする。

ヘリカル実験を活用したトカマク放電強制消滅手法の定量的研究

代表 松山 顕之

核燃焼トカマク放電に挑戦するITERでは予期しない不安定放電による装置へのダメージを抑制するため、極低温の水素とネオンの混合固体をガスで加速・粉砕し、入射する。世界各国で模擬実験が行われているが不安定放電中では固体とプラズマの相互作用を観測することが難しい。本研究ではLHD装置を活用し、世界で初めて、混合固体とプラズマの相互作用を不安定性のない「静かな」放電で観測することにより詳細な理論シミュレーションとの比較を実現する。

レーザーと磁場の融合による高エネルギー密度プラズマの閉じ込めへの挑戦と応用

代表 岸本 泰明

本研究の概要は、ナノ工学と材料工学の融合技術によって作成したサブミクロンメートルサイズでデザインした微細構造を持つ媒質とフェムト秒オーダーで制御した極短パルス高強度レーザーの相互作用により、相対論的な電子とイオンおよび広帯域の電磁場が結合した高エネルギー密度状態のプラズマを生成するとともに、プラズマに備わった自己組織化機能を利用・制御することで慣性時間を超えてこれを長時間閉じ込めること、このプラズマを共通の研究プラットホームとして、陽子・ホウ素核融合反応をはじめとした応用研究を展開することである。

電子サイクロトロン加熱による超伝導トカマク起動法の開発

代表 打田 正樹

核融合トカマク装置では、コイルは超電導となるため磁場の掃引速度に制限が加わり、起動時に印加できるループ電圧が低くなる。このため、トカマク起動の信頼度低下が問題となっている。一方、京都大学の低アスペクト比装置LATEにおいては、ループ電圧を全く用いることなくマイクロ波入射による電子サイクロトロン(EC)加熱のみで磁気面形成を行いトカマクを起動できることを実証し、特別な軌道を描く高速電子(CFP電子)が磁気面形成の鍵となっていることを明らかにした。本研究では、ITER等の通常アスペクト比装置においてもこのCFP電子の閉込めを確保する方法を開発し、EC加熱による超電導トカマク起動法の確立を目指す。

多粒子種グローバル運動論コードによる選択的加熱を用いた輸送制御方法の開拓

代表 今寺 賢志

次世代の基幹エネルギー源として期待されている核融合エネルギーの実用化に向けて、粒子と熱の輸送制御に関する研究をスーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーションによって行っている。特に本研究では、重水素・三重水素・ヘリウムなど複数の粒子種が存在した系において、どのように輸送制御を行えば、核融合反応に必要な燃料の供給とヘリウム灰の排出が両立可能かについてシミュレーションを用いた解析を行う。併せてそれらのシミュレーション結果を基に、輸送の先進的なモデリングを機械学習を用いて行う。

高エネルギー粒子輸送へのバルクプラズマ乱流の影響

代表 石澤 明宏

磁場閉じ込め型核融合装置において燃焼プラズマを維持するためには、燃焼によって生じた高エネルギー粒子とそれによって加熱される燃料プラズマそれぞれの良好な閉じ込めを両立させることが必要である。本研究は、この燃焼プラズマの閉じ込め悪化を引きおこす主要な原因となる電磁流体不安定性と乱流輸送を、世界最先端である大域的電磁的ジャイロ運動論シミュレーションを用いて評価することに成功した。そして、乱流と電磁流体不安定性のマルチスケール相互作用によって熱および粒子の輸送は増大し、プラズマ閉じ込め悪化が起こることを明らかにした。この成果をIAEA核融合会議およびNulcear Fusion誌に発表した。

水素供給下陽電子消滅測定による空孔その場分析で調べるタングステンの水素誘起空孔

代表 薮内 敦

タングステンは空孔形成エネルギーが大きいため、水素原子と空孔の相互作用を考慮しても水素の導入が空孔形成にはつながらないと考えられてきた。一方で、空孔と水素原子の配置のエントロピーまでを考慮に入れて空孔濃度を計算すると、タングステン中の水素濃度がある一定値を超えたときに室温でも空孔濃度が急増し始めるとの理論予測がある。本研究ではタングステン試料に水素を供給し続けた状態での陽電子消滅測定による空孔その場分析を行い、タングステンで理論予測されている水素誘起空孔について検証する。

陽電子消滅と第一原理計算を併用した電子運動量分布解析で調べるガス元素-空孔複合体

代表 薮内 敦

タングステン結晶中の原子空孔（原子の抜けた孔）では、多くの研究において理論計算で予想されている陽電子寿命値に比べ20-30 ps程度短い実験値が報告されている。これは実験で観察している原子空孔には不純物ガス元素が結合していることを示唆している。本研究では陽電子捕獲サイトの空隙サイズを反映する陽電子寿命法に加え、陽電子捕獲サイト周囲の元素の違いを反映する消滅ガンマ線ドップラー広がり法を用いる。ドップラー広がりスペクトルの実験値と計算値を比較することで欠陥構造を同定し、タングステン結晶中の原子空孔で見られる陽電子寿命の実験値と計算値とのズレの原因を明らかにする。

高靱性タングステン合金における核融合プラズマによる損傷過程の解明

代表 徐 ぎゅう

タングステンは融点が高い、スパッタ率が低い、水素蓄積が少ない利点があるため、プラ ズマ対向材として注目されている。一方、低温脆化、再結晶脆化及び照射脆化がタングステ ン合金使用の問題点となっている。これらの脆化に関する問題を解決するために、われわれ は液相ドーピング法を用いて、400℃以上の温度で10%以上の伸びを有するタングステン合 金の開発を成功した。本研究では、この合金における核融合プラズマの水素、ヘリウム粒子 の照射によりタングステン合金の照射特性を調べ、このタングステン合金における核融合プ ラズマによる損傷の素過程を解明する。